揭示火山成因之謎、發現新礦物……嫦娥五號發現了這些月球的奧秘

揭示月球年輕火山成因之謎、發現高含量的太陽風成因水、發現新礦物……嫦娥五號帶回的1731克月球樣品，正不斷迎來新發現。

 

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月發佈，在著陸區火山活動時代、源區性質等方面獲得顛覆性認識，相關工作在《科學》和《自然》共發表四篇論文。2022年9月，國家航天局、國家原子能機構聯合發佈中國科學家首次在月球上發現新礦物“嫦娥石”，該礦物是人類在月球上發現的第六種新礦物，中國成為世界上第三個在月球發現新礦物的國家。

 

 

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，中國科學家對嫦娥五號玄武岩的研究，證實月球火山活動可以一直持續到20億年前，不僅刷新了人類對月球岩漿活動和熱演化歷史的認知，也提出了新的科學問題：月球火山活動為什麼持續如此之久？

 

針對這一科學問題，中科院地質與地球物理研究所研究團隊發現，與古老的阿波羅低鈦玄武岩相比，年輕的嫦娥五號玄武岩的初始岩漿含有更高鈣和鈦，可能因為源區含有更高的岩漿洋晚期形成的單斜輝石-鈦鐵礦堆晶體，導致月幔熔點降低，誘發年輕火山的形成。

 

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

 

嫦娥五號月壤玻璃珠年代學探討內太陽系動力學

 

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

 

中外學者組成的國際研究團隊，初步確定了産生嫦娥五號撞擊玻璃球粒的源撞擊坑，並討論了撞擊玻璃球粒的年齡分佈與內太陽系撞擊體遷移的動力學過程，表明月球撞擊通量變化可能與小行星帶動力學過程有關。

 

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，並與著陸區撞擊坑關聯，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歷過撞擊頻率高於平均水準的時期，為地月系統撞擊歷史研究提供新的方向。

 

發現高含量的太陽風成因水

 

相比于阿波羅和月球號在月球低緯度採樣，嫦娥五號所採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，發現嫦娥五號礦物表層中存在大量的太陽風成因水。結合透射電鏡與能譜分析，揭示了太陽風成因水的形成和保存主要受礦物的暴露時間、晶體結構和成分等影響。

 

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

 

 

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

 

發現新礦物並命名為“嫦娥石”

 

核工業北京地質研究院通過對樣品進行詳細研究，在十四萬個月壤顆粒裏找到了一個可以解結構的嫦娥石顆粒，並用聚焦離子束掃描電鏡把它切割、提取出來。這項發現增添了礦物家族、特別是地外礦物新成員，推動了礦物學學科的發展，為月球、行星科學研究提供了新的科學數據，具有重大科學意義。

 

研究表明，嫦娥石形成于不同的環境和條件，通過研究其形成條件，可以為分析月球岩漿演化提供線索。這是中國科學家首次發現月球新礦物，不僅體現了中國現代科技和工程技術水準，也是中國人對人類開展月球研究和深空探測的貢獻。

 

分析嫦娥五號樣品月壤成分特徵

 

嫦娥五號樣品是否可以代表著落區玄武岩的平均化學成分？中國地質大學（武漢）研究團隊針對月壤樣品建立一種新的分析技術，在最低2毫克樣品極低損耗量情況下，同時準確測定了月壤中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，結果高度一致，與嫦娥五號任務遙感數據也一致，表明鏟取月壤很均勻，可以代表著落區玄武岩的平均化學成分。

 

嫦娥五號著陸區位於月球風暴洋西北部的月海，但也可能存在月海之外的物質。山東大學研究團隊利用鐳射顯微拉曼光譜技術分析了兩份嫦娥五號月壤，研究發現嫦娥五號月壤的輝石和橄欖石礦物化學成分範圍基本與嫦娥五號玄武岩一致，但仍存在少量的富鎂物質，推斷嫦娥五號著陸區可能包含5%到7%的外來鎂質濺射物，其可能源自遠離著陸區的大型撞擊坑挖掘出的月殼物質。

 

除上述5項代表性成果外，嫦娥五號月球樣品發放以來，相關研究已有50多項成果在國內外重要學術期刊發表，推動中國月球科學研究進入國際前沿。（記者胡喆）