近日，國家自然科學(xué)基金委員會發(fā)布了2025年度“中國科學(xué)十大進(jìn)展”，“嫦娥六號樣品首次揭示月背演化歷史和巨型撞擊效應(yīng)”入選并名列首位。

嫦娥六號月壤中識別出的三顆KREEP巖屑 圖源：南方+

系列工作報道了月球背面樣品的研究成果，由中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所、中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所（廣州地化所）、國家天文臺、中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所和南京大學(xué)的科研團(tuán)隊完成，研究精確厘定了月背南極-艾特肯盆地和阿波羅盆地的形成時間，發(fā)現(xiàn)背面月幔比正面更干、更虧損，明確月磁強(qiáng)度在28億年前發(fā)生反彈，揭示了月背演化歷史和巨型撞擊的深部效應(yīng)。

中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所研究員徐義剛領(lǐng)銜的團(tuán)隊，以嫦娥六號月壤樣品中的富克里普撞擊成因巖屑為研究對象，開展了系統(tǒng)的同位素定年與遙感溯源分析。

研究結(jié)果表明，這些巖屑所具有的克里普地球化學(xué)特征，起源于南極-艾特肯撞擊熔融池經(jīng)歷再分異作用后的產(chǎn)物，并于41.6億年前受到形成阿波羅盆地的撞擊事件改造。

據(jù)此，研究將阿波羅盆地的形成年齡限定為約41.6億年。該定年結(jié)果為月球撞擊年代學(xué)提供了關(guān)鍵錨點，揭示了月球早期撞擊通量呈逐漸下降的趨勢，從而深化了對內(nèi)太陽系早期撞擊歷史與動力學(xué)過程的認(rèn)識。

月球正反面為何大不同？

背面樣本是解謎鑰匙

由于被地球潮汐鎖定，月球始終以同一面朝向地球，這一面被稱為月球正面；而永遠(yuǎn)背對地球的那一面，則被稱為月球背面。長期以來，通過遙感探測表明月球的正面和背面存在顯著差異：正面地勢相對平坦，擁有廣闊的玄武巖平原（即“月?！保?；而背面則高地遍布，月海稀少，月殼也更厚。

這種顯著的不對稱性，被稱為月球的“二分性”，一直是月球科學(xué)的未解之謎。在嫦娥六號任務(wù)之前，人類對月球演化歷史的認(rèn)知幾乎全部基于正面樣品的研究，對月球背面了解仍是一片空白。

圖源：中科院地質(zhì)地球所

2024年6月25日，嫦娥六號任務(wù)成功實現(xiàn)人類首次月球背面采樣返回，從南極-艾特肯盆地內(nèi)月海區(qū)域帶回了珍貴的月球背面樣品。這為研究月球背面的深部月幔物質(zhì)打開了一扇前所未有的窗口。

嫦娥六號玄武巖樣品

揭示月?！俺潛p”特征

盡管我們對月球的認(rèn)識不斷更新，但仍有很多問題有待解答。通過嫦娥六號帶回的月背樣品，我國科學(xué)家首先在樣品中發(fā)現(xiàn)了月球上一種新類型的巖石——月球南極-艾特肯撞擊熔巖，并據(jù)此確定了月球南極-艾特肯盆地的形成時間為42.5億年前；然后還發(fā)現(xiàn)這種大型撞擊事件可能造成月幔“超干、超虧損、超還原”等系列特征，使人類對月球的了解向前邁了一大步。

科學(xué)家對嫦娥六號返回樣品中距今約28億年的玄武巖屑進(jìn)行了詳細(xì)分析，包括觀察巖石結(jié)構(gòu)、礦物成分和同位素分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，形成這些玄武巖的“初始原料”，即被稱為月幔源區(qū)的月球內(nèi)部物質(zhì)，其狀態(tài)極其“貧瘠”，科學(xué)上稱為“超虧損”。這意味著它非常缺乏那些容易熔融、隨巖漿上涌的“不相容”元素。

我國科研人員制作的月球背面影像圖 圖源：中國科學(xué)院

兩種模型解釋“超虧損”成因

指向月球演化關(guān)鍵謎題

為了解釋這種極端的“超虧損”特性是如何形成的，科學(xué)家提出了兩種可能的模型：

一是“先天貧瘠”。月球形成的主要假說認(rèn)為，月球在形成初期是一個巨大的巖漿洋。巖漿洋在冷卻結(jié)晶時，重的礦物沉到底部，形成下月幔；輕的礦物浮到頂部，形成月殼。在這個過程中，不容易進(jìn)入早期結(jié)晶礦物的“不相容”元素被帶走了，留在深部的殘余物質(zhì)本身就非?！柏汃ぁ?。

研究團(tuán)隊認(rèn)為，如果這一模型成立，意味著嫦娥六號玄武巖可能來自這種深部、未受后期事件顯著擾動的、由巖漿洋直接結(jié)晶形成的超虧損月幔，這種超虧損狀態(tài)是月球形成初期就“天生”具有的特征。

二是“后天改造”。這一模型認(rèn)為，形成南極-艾特肯盆地的巨型撞擊事件引發(fā)的后期強(qiáng)烈火山活動，可以影響并改造相對較淺的月幔區(qū)域，相當(dāng)于做了一次“大抽血”——大量巖漿（熔體）被抽取出來并噴發(fā)到表面或侵入到月殼中。被抽走巖漿后剩下的月幔物質(zhì)，其“不相容”元素幾乎被榨干了，變得極度“貧瘠”，形成了現(xiàn)在的超虧損狀態(tài)。

研究團(tuán)隊認(rèn)為，如果該模型成立，表明月球背面南極-艾特肯盆地形成時的巨型撞擊事件不僅重新塑造了月球的表面形態(tài)，還深刻影響了月球內(nèi)部的物質(zhì)組成，這為理解太陽系內(nèi)其他類地天體的早期殼-幔分異演化提供了新的思路。

無論嫦娥六號玄武巖源區(qū)是月球最初形成的“先天狀態(tài)”還是后期巨型撞擊作用的“改造結(jié)果”，南極-艾特肯盆地下方發(fā)現(xiàn)的這種“超虧損”月幔，都是人類首次直接獲取月球背面深部物質(zhì)特性的關(guān)鍵證據(jù)，這為我們了解月球早期內(nèi)部如何分層、冷卻和演化提供了獨一無二的信息。

參考來源

南方網(wǎng)《廣州地化所成果入選2025年度“中國科學(xué)十大進(jìn)展”》

https://news.southcn.com/node_54a44f01a2/a918deb5bd.shtml?share_random_flag=0.83784

中科院地質(zhì)地球所《“嫦娥六號樣品首次揭示月背演化歷史和巨型撞擊效應(yīng)”入選2025年度“中國科學(xué)十大進(jìn)展”》

https://mp.weixin.qq.com/s/HSacnPB-nxAybW1TVeFSAA

科普中國《月球內(nèi)部“異常貧瘠”？嫦娥六號月巖有望揭示謎底》

https://mp.weixin.qq.com/s/P9HW_3ei9gC6i7aX9u3LLg

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