【全球播資訊】揭示火山成因之謎、發(fā)現(xiàn)新礦物……嫦娥五號發(fā)現(xiàn)了這些月球的奧秘

揭示月球年輕火山成因之謎、發(fā)現(xiàn)高含量的太陽風(fēng)成因水、發(fā)現(xiàn)新礦物……嫦娥五號帶回的1731克月球樣品，正不斷迎來新發(fā)現(xiàn)。

1月16日，第一屆嫦娥五號月球樣品研究成果研討會在北京成功舉辦。會上，來自國家航天局、中科院等單位的專家及科研人員，圍繞嫦娥五號月壤樣品基本特性、月球火山活動歷史及年輕火山活動成因、月球水和揮發(fā)分的含量與來源等主題深入研討。

嫦娥五號月球樣品首批研究成果于2021年10月發(fā)布，在著陸區(qū)火山活動時代、源區(qū)性質(zhì)等方面獲得顛覆性認(rèn)識，相關(guān)工作在《科學(xué)》和《自然》共發(fā)表四篇論文。2022年9月，國家航天局、國家原子能機構(gòu)聯(lián)合發(fā)布中國科學(xué)家首次在月球上發(fā)現(xiàn)新礦物“嫦娥石”，該礦物是人類在月球上發(fā)現(xiàn)的第六種新礦物，我國成為世界上第三個在月球發(fā)現(xiàn)新礦物的國家。

(相關(guān)資料圖)

嫦娥五號探測器在月球表面展示國旗。（國家航天局供圖）

揭示月球年輕火山成因之謎

2021年，中國科學(xué)家對嫦娥五號玄武巖的研究，證實月球火山活動可以一直持續(xù)到20億年前，不僅刷新了人類對月球巖漿活動和熱演化歷史的認(rèn)知，也提出了新的科學(xué)問題：月球火山活動為什么持續(xù)如此之久？

針對這一科學(xué)問題，中科院地質(zhì)與地球物理研究所研究團隊發(fā)現(xiàn)，與古老的阿波羅低鈦玄武巖相比，年輕的嫦娥五號玄武巖的初始巖漿含有更高鈣和鈦，可能因為源區(qū)含有更高的巖漿洋晚期形成的單斜輝石-鈦鐵礦堆晶體，導(dǎo)致月幔熔點降低，誘發(fā)年輕火山的形成。

這項工作量化了月球內(nèi)部緩慢冷卻的熱演化過程，為“月球年輕火山成因”這一重要科學(xué)問題提供了全新的解釋。

嫦娥五號月壤玻璃珠年代學(xué)探討內(nèi)太陽系動力學(xué)

月壤中含有大量玻璃，撞擊成因玻璃是了解內(nèi)太陽系撞擊歷史的重要研究對象，能夠反映月殼物質(zhì)組成和內(nèi)太陽系的撞擊動力學(xué)。

中外學(xué)者組成的國際研究團隊，初步確定了產(chǎn)生嫦娥五號撞擊玻璃球粒的源撞擊坑，并討論了撞擊玻璃球粒的年齡分布與內(nèi)太陽系撞擊體遷移的動力學(xué)過程，表明月球撞擊通量變化可能與小行星帶動力學(xué)過程有關(guān)。

這項工作首次獲得了嫦娥五號月壤中的多組撞擊玻璃球粒年齡，并與著陸區(qū)撞擊坑關(guān)聯(lián)，證實了月球20億年以來撞擊頻率隨著時間變化，這意味著地球歷史上經(jīng)歷過撞擊頻率高于平均水平的時期，為地月系統(tǒng)撞擊歷史研究提供新的方向。

發(fā)現(xiàn)高含量的太陽風(fēng)成因水

相比于阿波羅和月球號在月球低緯度采樣，嫦娥五號所采集的中緯度月球樣品，為探究月表水含量和保存機制提供了全新的窗口。

中科院地球化學(xué)研究所研究團隊對嫦娥五號月壤樣品中的輝石、橄欖石和斜長石礦物開展研究，分析了不同礦物中水的成因、含量與賦存狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)嫦娥五號礦物表層中存在大量的太陽風(fēng)成因水。結(jié)合透射電鏡與能譜分析，揭示了太陽風(fēng)成因水的形成和保存主要受礦物的暴露時間、晶體結(jié)構(gòu)和成分等影響。

這項工作證實了月表礦物是水的重要“儲庫”，為月表中緯度地區(qū)水的分布提供了重要參考。

“嫦娥石”真實顆粒CT掃描三維形態(tài)圖（2022年9月）。（中核集團核工業(yè)北京地質(zhì)研究院供圖）

發(fā)現(xiàn)新礦物并命名為“嫦娥石”

核工業(yè)北京地質(zhì)研究院通過對樣品進行詳細(xì)研究，在十四萬個月壤顆粒里找到了一個可以解結(jié)構(gòu)的嫦娥石顆粒，并用聚焦離子束掃描電鏡把它切割、提取出來。這項發(fā)現(xiàn)增添了礦物家族、特別是地外礦物新成員，推動了礦物學(xué)學(xué)科的發(fā)展，為月球、行星科學(xué)研究提供了新的科學(xué)數(shù)據(jù)，具有重大科學(xué)意義。

研究表明，嫦娥石形成于不同的環(huán)境和條件，通過研究其形成條件，可以為分析月球巖漿演化提供線索。這是中國科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)月球新礦物，不僅體現(xiàn)了中國現(xiàn)代科技和工程技術(shù)水平，也是中國人對人類開展月球研究和深空探測的貢獻(xiàn)。

分析嫦娥五號樣品月壤成分特征

嫦娥五號樣品是否可以代表著落區(qū)玄武巖的平均化學(xué)成分？中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）研究團隊針對月壤樣品建立一種新的分析技術(shù)，在最低2毫克樣品極低損耗量情況下，同時準(zhǔn)確測定了月壤中48種主量和微量元素含量。研究團隊對兩批次的鏟取月壤進行了七次抽樣分析，結(jié)果高度一致，與嫦娥五號任務(wù)遙感數(shù)據(jù)也一致，表明鏟取月壤很均勻，可以代表著落區(qū)玄武巖的平均化學(xué)成分。

嫦娥五號著陸區(qū)位于月球風(fēng)暴洋西北部的月海，但也可能存在月海之外的物質(zhì)。山東大學(xué)研究團隊利用激光顯微拉曼光譜技術(shù)分析了兩份嫦娥五號月壤，研究發(fā)現(xiàn)嫦娥五號月壤的輝石和橄欖石礦物化學(xué)成分范圍基本與嫦娥五號玄武巖一致，但仍存在少量的富鎂物質(zhì)，推斷嫦娥五號著陸區(qū)可能包含5%到7%的外來鎂質(zhì)濺射物，其可能源自遠(yuǎn)離著陸區(qū)的大型撞擊坑挖掘出的月殼物質(zhì)。

除上述5項代表性成果外，嫦娥五號月球樣品發(fā)放以來，相關(guān)研究已有50多項成果在國內(nèi)外重要學(xué)術(shù)期刊發(fā)表，推動我國月球科學(xué)研究進入國際前沿。

關(guān)鍵詞： 內(nèi)太陽系 玄武巖的 月球火山