嫦娥六號月球樣本首批研究成果發表揭開月背火山活動之謎
我國科學家採用嫦娥六號月球樣本做出的首批兩項獨立研究成果，同時刊登在國際學術期刊《自然》與《科學》雜誌。兩項研究首次揭示月球背面約28億年前仍存在年輕的岩漿活動，填補了月球玄武岩樣本在該時期的記錄空白。其中一項研究顯示月背岩漿活動42億年前就存在，至少持續了14億年。這些研究為人們了解月球演化提供了關鍵科學證據。
月球遠側獨特火山群的分佈。 遙感影像突顯了嫦娥六號著陸點以及附近的母岩和隱伏玄武岩單元。 圖片來源：Muhan yang
嫦娥六號在月球背面著陸位置。中國科學院供圖
釐清月球正面背面物質組成差異的機遇
國際科學界透過阿波羅任務等認識到月球正面最古老的月海火山活動可以追溯至40億年前。自2021年以來，我國科學家透過嫦娥五號月球樣品，證明月球正面20億年前仍然存在較大規模的岩漿活動，並利用樣品中的火山玻璃珠揭示了月球正面甚至在1.2億年前還存在小規模的火山活動。
由於月球具有二分性，月球正面和背面在形貌、成分、月殼厚度、岩漿活動等方面存在顯著差異，但其形成機制仍懸而未決，是月球科學研究中亟待解決的關鍵問題。此前，科學界對於月球背面的認識主要基於遙感研究。 2024年6月25日，我國嫦娥六號月球探測器首次完成人類從月球背面採樣的壯舉，攜帶1935.3克樣本返回地球，這些樣本採集於月球背面的南極-艾特肯盆地，該盆地是月球上最大、最深且最古老的盆地，這為釐清月球正面和背面物質組成的差異、破解月球二分性之謎提供了難得的機會。
月海玄武岩由月函發生部分熔融產生的岩漿上升噴發至月表形成，是探索月球內部物質組成與熱演化的重要窗口。因此，嫦娥六號月球樣本研究的首要任務就是確定玄武岩岩屑的年齡和岩漿源區性質。
月背火山活動至少持續了14億年
在發表於《自然》的研究中，中國科學院院士、中國科學院地質與地球物理研究所研究員李獻華和研究員李秋立，與來自中國科學院國家天文台的研究團隊，從5克月球樣本中分選出108顆大於300微米的玄武岩岩屑，定年結果顯示，嫦娥六號著陸點在28（28.07±0.03）億年前存在火山活動，且岩漿來自虧損克里普物質（KREEP，富集鉀、稀土和磷等元素的物質）的源區；其中一顆高鋁玄武岩岩屑揭示42億年前存在來自富集克里普物質源區的火山活動。
綜合來看，月球背面火山活動至少持續了14億年，且月函源區經歷了從克里普物質富集到虧損的轉變。此外，同位素定年結果與撞擊坑統計定年結果基本一致，指示了月球正面和背面遭受隕石撞擊的機率相當。
《自然》多位審查者指出這是一項「令人興奮」的研究，研究團隊採取細緻謹慎的態度首次對月球背面玄武岩進行了地質年代學分析，提供了高品質、高水準的數據。其中一位審查者表示：“這是第一個來自嫦娥六號月球樣品的地質年代學研究，對月球和行星科學界具有重要意義，也會引起更廣泛的關注。”
嫦娥六號低鈦玄武岩形成於距今28.3億年前的火山爆發
在發表於《科學》的研究中，中國科學院院士、中國科學院廣州地球化學研究所研究員徐義剛和高級工程師張樂領銜的團隊對玄武岩屑中微小含鋯礦物（<5微米）以及斜長石和晚期填隙物進行了同位素分析，標定嫦娥六號低鈦玄武岩形成於距今28.3億年前的火山噴發，並指示其具有一個十分虧損不相容元素的月幔源區。這樣的月函源區難以發生顯著規模的熔融及相應的玄武岩火山活動，並最終導致了南極-艾特肯盆地內缺乏大規模的月海玄武岩。
傳統觀點認為，月球背面的月殼較厚，抑制了月海玄武岩噴發，導致月球正面和背面的月海分佈不對稱。但這不能解釋為什麼月殼很薄的南極-艾特肯盆地也匱乏大規模的月海玄武岩。這項研究表明，月海玄武岩的分佈除受月殼厚度影響外，月函源區的物質組成也是重要的控制因素。
《科學》雜誌審查者認為，該研究報告了嫦娥六號月球樣本中的玄武岩岩屑的岩相分析、高精度年齡和同位素特徵，為認識整個月球的地質歷史提供了獨特的視角。其中一位審查者寫道：“研究結果新穎，它們將引起廣大讀者的興趣。”
《光明日報》（2024年11月18日 08版）