嫦娥五號樣品再立新功 月球有了更精確的時間尺規

2月15日，元宵佳節到來之際，《自然·天文學》在線發表了一項月球科學研究的重要成果。利用嫦娥五號月球“土特産”的同位素年齡和著陸區撞擊坑統計結果，中科院空天信息創新研究院等單位的研究人員在目前常用月球年代函數的基礎上建立了新的更精確的月球年代函數模型。

“新的年代函數模型為月球和行星科學研究提供更精確的時間尺規。”論文第一作者、中科院空天院研究員岳宗玉強調。

在月球和行星科學研究中，確定重要地質單元和重大地質事件的年齡至關重要。早期阿波羅（Apollo）和月球（Luna）探測任務在月球表面採集了樣品，並通過同位素測年方法得到了這些樣品的精確年齡，它們代表了樣品所在地質單元的年齡。

為了將這些有限的年齡信息推廣應用到整個月球，歐美科學家們建立了撞擊坑統計定年方法，包括描述撞擊坑大小—頻率分佈規律的産率函數和描述撞擊坑歸一化頻率與絕對年齡關係的年代函數，前者通過遙感圖像撞擊坑統計分析得到，後者通過樣品年齡及其所在地質單元撞擊坑歸一化頻率得到。其中最著名和廣泛應用的是德國柏林自由大學格哈特·紐庫姆（Gerhard Neukum）教授于1983年建立的産率函數和年代函數。

然而，“遺憾的是，Apollo和Luna採集的樣品年齡在約30億年至10億年間有一個很大的空白區間，幾乎佔據了月球地質歷史的一半，這也使得年代函數的可靠性一直受到質疑。”岳宗玉坦言。

因此，尋找月球表面20億年左右地質單元的樣品對驗證和改進月球年代模型具有重大意義，這也成為嫦娥五號任務的科學目標之一。

2020年12月1日，嫦娥五號在月球正面風暴洋北部呂姆克山、夏普月溪附近安全著陸，帶回樣品的同位素測量結果表明其年齡為20.3億年，與預期吻合很好。

“嫦娥五號樣品年齡為月球年代函數的改進提供了一顆珍貴的‘金釘子’，是嫦娥五號樣品對月球科學研究的一個獨特貢獻。”論文通訊作者、中科院空天院研究員邸凱昌説道。

研究團隊基於高分辨月球遙感影像的撞擊坑統計分析結果和撞擊坑産率函數得到嫦娥五號採樣點地質單元的撞擊坑歸一化頻率，與嫦娥五號樣品的年齡構成建立月球年代函數模型一組新的控制數據，通過非線性最小二乘擬合演算法，對格哈特·紐庫姆建立的年代函數進行更新，建立了新的月球年代函數模型。

分析表明，根據新的年代函數得到的定年結果在大部分情況下更老一些，最大的差別在2億年左右。

“由於增加了嫦娥五號關鍵數據點，新的月球年代函數模型定年的精度優於經典的格哈特·紐庫姆建立的年代函數模型，可用於今後月球地質單元的定年。進一步，可根據新的月球年代函數，推演火星、水星等其他地外行星的新年代函數，提高定年精度。”邸凱昌説，新月球年代函數，是一把更精確的時間尺規，將在月球和行星科學研究中發揮重要作用。

更重要的是，這項成果也得到了審稿人的高度評價。其中一位審稿人表示：“這項原創性工作具有重要意義，我想整個行星科學領域都會對這個結果感興趣。”