嫦娥五號月壤研究揭示月球“晚年生活”:月亮“長”了8億歲

業界 | 2021-10-26 13:31:40
時間:2021-10-26 13:31:40   /   來源: 中國青年報      /   點擊數:()

中國科學家通過嫦娥五號采回的月球樣品發現,月球的巖漿活動一直持續到距今約20億年,月球的壽命比此前推測的又延長了約8億歲。10月19日,中國科學院舉行新聞發布會發布了該成果。

月球很忙。作為地球唯一的自然衛星,在繞地飛行的數十億年里,它既要受邀出席中國唐代詩人李白的酒宴,又要為20世紀中葉開啟的美蘇“太空競賽”提供活動場地,還要用自己的演化進程,幫助地球人解答“我從哪兒來,要到哪兒去”。

然而,月球究竟“活”了多少時間,很少有人能說得清楚。

約45億年前,月球還是個“寶寶”,一出生就是一團滾燙巖漿,向宇宙昭示著它的活力。而后歷經數十億年的光景,月球逐漸步入“晚年”,巖漿活動逐漸停止,直到完全冷卻“死去”……昔日巖漿變成冰冷月海,將光陰的故事凝固在玄武巖里。

此前,地球上的月球隕石,以及美國、蘇聯采集而來的月球樣本,不斷告訴人們,月球的生命特征之一——巖漿活動持續到大約28億-30億年前。但是,對于月球巖漿活動停止的確切時間,科學界一直存在爭議。

科學家只拼湊出月球演化故事的中間部分,對于最為關鍵的“開頭”和“結局”卻知之甚少。月球的“童年”和“晚年”到底是怎樣度過的?

最近,中國科學家通過嫦娥五號采回的月球樣品,終于破解了月球部分“晚年生活”之謎。10月19日,中國科學院地質與地球物理研究所(以下簡稱“地質地球所”)和中國科學院國家天文臺主導,聯合多家研究機構在國際學術期刊《自然》發表了相關研究的學術論文。

這份研究顯示,人們之前想錯了,月球的巖漿活動一直持續到距今約20億年,月球的壽命比此前推測的又延長了約8億歲;更有意思的是,最新研究還發現,放射性元素和水,在月球“延壽”這件事上可能都沒幫上忙。

這到底是怎么回事?

要解決科學問題,首先得有研究對象,而研究月球最好的對象之一,就是“月壤”。

在前不久舉行的中國科學院科研成果發布會現場,中國科學院院士、嫦娥工程顧問歐陽自遠談及“月壤”重要性時說:“‘抓土’是有講究的,嫦娥五號可不是隨便抓了一把土回來。”

我國在2004年開啟的探月工程——嫦娥工程布局了“繞”“落”“回”三步走戰略。嫦娥一號、二號實現了“繞”月;嫦娥三號實現了“落”月,嫦娥四號實現了月球背面的軟著陸;2020年著陸在月球風暴洋西北處呂姆克山附近的嫦娥五號,則成功完成我國首次地外天體采樣返回任務,拿回了備受矚目的“月球土特產”。

在此處采集“月壤”,可是大有講究。歐陽自遠表示,選擇在風暴洋“抓土”,就是“希望對于月球距今30億年以來的歷史,增添一些我們中國科學家的突破和貢獻”。他們相信,此地有著月球上最晚形成的玄武巖,而月球“晚年生活”的故事,就藏在里面。

可以說,這是在嫦娥五號奔月之前,就已經布好的“棋陣”。

這邊廂,嫦娥五號在月球精準“抓土”,那邊廂,38萬公里之外的地球人實驗室里,則在有針對性地開發能匹配月球研究課題的關鍵技術。

為有朝一日能破解月球的奧秘,科學家們摩拳擦掌?!蹲匀弧氛撐牡耐ㄓ嵶髡?、中國科學院院士、地質地球所研究員李獻華告訴記者,自1999年開始,中國科學院便面向地球與行星科學,著手建設微區原位分析測試平臺。技術儲備就緒,他們開始“盼星星,盼月亮”。

2020年12月17日,滿載月球故事的嫦娥五號返回器,終于在我國內蒙古四子王旗安全著陸。

之后的事情很多人都知道了。經確認,嫦娥五號一共帶回了1731克月球樣品,這是人類時隔44年再次迎來的月球樣品。很多科學家都希望能從這些比黃金還要珍貴的樣品中“看到月球的過去”。

半年多之后,中科院地質地球所和國家天文臺等單位牽頭的科研團隊,獲得了第一批發放的嫦娥五號月球科研樣品中的一部分——3克月壤粉末和兩個巖屑光片。

一個裝有黑色月壤粉末的玻璃小瓶,就這樣送到了青年研究員楊蔚和同事的手上。要給月球測定壽命,他們首先要在月球樣品中找出記載著月球“晚年生活”的玄武巖顆粒。

但月壤粉末實在是太細了,如果處理不當,一打開瓶蓋就會被地球上的靜電效應弄得“灰飛煙滅”。面對這些以克為單位的樣品,科研人員如履薄冰。

楊蔚和幾位年輕同事用隔離服把自己裹得嚴嚴實實,進入超凈實驗室,對月壤樣品進行轉移和分選,“領導們就站在門外等著,大家既緊張又期待,我們操作一步就出來報告一下進展。”楊蔚說。

很快,楊蔚和同事把僅有幾微米大小的玄武巖顆粒分離了出來。大家很興奮:這些可是記錄月球歷史的“時間膠囊”??!

到這里,研究才剛剛開始。要讓玄武巖“開口講故事”,還要有一把能撬動玄武巖嘴巴的“鑰匙”。這把“鑰匙”,就是李獻華團隊的關鍵利器——“離子探針超高空間分辨率定年技術”。

李獻華解釋,科研團隊改進了商用離子探針分析儀器的關鍵硬件,能夠對小到3微米的顆粒進行精確分析。有了這樣的技術儲備,科研人員才能對“超迷你”尺寸的玄武巖關鍵部位進行檢測。

研究結果表明,嫦娥五號帶回的玄武巖形成年齡為20.30±0.04億年,這意味著,月球最“年輕”的玄武巖,形成于20億年前。進一步說,月球直到20億年前仍存在巖漿活動,這比科學家此前估算的“壽齡”,還多“活”了8億歲。

這個結論相當于在月球的“生長曲線”上錨定了一個新的、關鍵的時間點,填補了人類對月球“晚年”演化歷史認知的空白。

多出來8億年,然后呢?

科學家并未就此停下腳步,他們對月球演化提出了新問題:多出來的8億年是怎么來的,換言之,月球為什么在距今20億年前仍能保持活力?

月球最晚期巖漿活動的成因,一直是未解之謎。此前科學界存在兩種解釋:一種可能是,巖漿的源區中富含放射性元素,從而為產生巖漿提供了熱源;另一種可能是,巖漿源區中富含水,因此降低了巖石的熔點。

為驗證源區富含放射性元素的假說,中科院地質地球所鉆研多年的另一件利器——“超高空間分辨率同位素分析技術”登場了。

研究結果出乎意料:科研人員并未在玄武巖樣品初始熔融時找到鉀、稀土元素、磷的“克里普物質”等放射性生熱元素。也就是說,科學家此前誤解了月球,第一種假說就此被推翻了。

為了驗證巖漿地區富含水的假說,科研團隊的第三件利器——“納米離子探針分析技術”派上用場。

通過測定嫦娥五號玄武巖中的水含量和氫同位素組成,科研人員發現,“如果按重量把源區巖石分成100萬份,水含量只占1-5份”,這表明月幔非常“干”,并不富含水。也就是說,科學家又一次誤解了月球,第二種假說也被推翻了。

既不是放射性元素,也不是水,那么到底是什么導致月球壽命的延長呢?

李獻華目前也不知道答案。

他告訴記者,這一系列最新研究,對月球熱演化歷史研究提出了新的科學問題,“月球冷卻如此之慢的原因并不清楚,需要全新的理論框架和演化模型,對未來的月球探測和研究提出了新的方向。”

讓人欣慰的是,探索月球奧秘的研究隊伍正在持續壯大。

國家航天局嫦娥五號月球樣品專家委員會成員、中科院院士徐義剛,在中科院成果發布會當天表示,近期,又有一批月球科研樣品發放給了科學家。有志于此的研究者可以向該委員會申請樣品。

未來連接過去,科學家就像是時間的催化劑,總能帶來驚喜。“天地玄黃,宇宙洪荒。日月盈昃,辰宿列張。寒來暑往,秋收冬藏。”月球的生命歷程,在某種程度上預示著地球的演化軌跡,更多故事有待揭秘。

“月球‘延壽’不是因為放射性元素和水,那到底是因為什么呢?我們的研究還在繼續。”楊蔚笑著對記者說。

2021年10月26日 12 版

標簽:Lucid

最近更新

张柏芝下面毛又多又长