嫦娥六号月背采样带回的“首创”成果揭秘

中国嫦娥六号月球采样返回任务公布的首批4项研究成果，以封面形式发表在近日出版的国际学术期刊《自然》上。中国科学院院士、中国科学院地质与地球物理研究所研究员吴福元表示，这一系列研究成果揭示了月球南极 - 艾特肯盆地的演化历史，嫦娥六号样品的返回和研究也创造了月球探测的新历史。那么，嫦娥六号从月球背面带回的样品有哪些重磅发现？它对于未来人类探月工程有何助益和启示？

研究月背破解“二分性”之谜

由于地球引潮力的作用，月球绕地球运行时，始终只有正面朝向地球。直到1959年10月，苏联的月球3号探测器拍摄到月球背面影像，对月球背面的研究才正式开始。

科学家发现，月球背面与正面样貌差异巨大，背面布满撞击坑，几乎没有正面那样明暗错落的图案。月海在月球正面覆盖率超30%，而在背面仅有1%。随着探月任务推进，人们还发现月球正背面在成分、月壳厚度、岩浆活动等方面也存在显著差异，引发诸多疑问。比如，为何月海多分布在朝向地球的一面？为何月球背面南极 - 艾特肯盆地月壳薄，火山活动却不如正面风暴洋活跃？形成该盆地的撞击对月球演化有何作用？“岩浆洋”理论是否适用于月球背面？月球背面地质活动何时结束？这些问题都与月球“二分性”（指月球正背面的差异性）的形成机制有关，而该机制一直悬而未决，是认识月球形成和发展过程需要解答的问题。

研究月球形成和发展过程意义重大。月球陪伴地球几十亿年，了解它有助于了解地球自身，因为地球早期岩石记录可能因板块构造运动和风化侵蚀而不准确。通过研究月球地质演化，还能推导类地行星的演化发展，对行星科学研究有重要意义。

过去，科学家对月球的探测和着陆考察主要集中在正面，对背面的认识多基于遥感研究。20世纪60年代，苏美先后发射绕月探测器进行遥感测绘。中国探月工程实施以来，历次嫦娥任务也在绕月飞行中对月球表面进行测绘。2022年，中国科学院发布世界首幅1∶250万月球全月地质图，精度是此前的2倍，能系统提供月壳表面综合地质信息，反映月球演化过程。

但遥感探测不如采集月面样品送回地球分析精确全面。2024年6月2日，嫦娥六号在月球背面的阿波罗盆地着陆，完成月面采样任务，6月25日携带1935.3克月壤样品返回内蒙古四子王旗着陆场，首次实现从月球背面采样并带回地球。

阿波罗盆地是古老环形山，部分表面被熔岩掩盖，有众多小撞击坑和微型月海。它位于月球最大、最深、最古老的南极 - 艾特肯盆地中，该盆地直径2500公里，形成于约42亿年前的巨大撞击。从这里采集月壤、月岩样本，能获取月球演化史和内部信息，为破解月球“二分性”之谜提供线索。

首批4项成果均具“首创性”

中国科学家通过嫦娥六号样品取得多个关键进展，下面解读在《自然》期刊发表的首批4项首创性成果。

首次揭示月背火山活动的年代

研究团队从嫦娥六号月壤中选出108颗玄武岩岩屑，用“离子探针”测铅同位素丰度，通过铀 - 铅衰变规律反演其成岩年代。玄武岩能真实反映月球火山活动情况。研究发现，107颗岩屑成岩年龄一致，可能源于同一期次玄武岩喷发，时代为28亿年前，另有1颗高铝玄武岩岩屑喷发时代可追溯到42亿年前。两期玄武岩数据表明，月球背面火山活动至少持续了14亿年。此前从月球正面采集的玄武岩样品中，没有28亿年前的记录，该成果填补了月球研究的年代空白。

此外，出发前科学家用“数坑定年法”估计着陆区年龄为30.7亿至24亿年，样品测定的28亿年与之相符，说明从月球正面建立的年代估算方法适用于背面，同位素精确定年还能完善撞击坑统计模型。

首次获得月背古磁场信息

地球液态外核流动产生磁场，保护地球环境。月球也曾有类似磁场发电机，但现已消失。了解月球磁场发电机演化过程，对揭示月球深层内部结构、热历史和表面环境至关重要。

此前对月球正面样品的研究已确定月球磁场总体变化。研究显示，月球在42亿年至35亿年前磁场活跃，强度可达几十微特斯拉，约31亿年前下降，之后维持在几微特斯拉，15亿年至10亿年前磁场强度再次下降直至消失。

嫦娥六号带回的约28亿年前的月球背面玄武岩，填补了月球磁场发电机演化的关键时空空白。研究团队对4颗玄武岩样品的磁学研究表明，样品记录的古磁场强度为5微特斯拉至21微特斯拉，说明月球磁场在31亿年前急剧下降后，在28亿年前有反弹，可能是能量来源改变或驱动机制再次激活。

首次得知月背月幔的水含量

月球内部水含量对揭示月球起源和热化学演化过程很重要。目前普遍认为，太阳系早期“忒伊亚”撞击原始地球形成月球，撞击中月球水分挥发殆尽。但近20年来，月幔富水还是贫水一直存在争议。

嫦娥六号带回的样品为认识月幔水的时空演化提供了机会。研究团队通过测定玄武岩中磷灰石和熔融包裹体的水含量、氢同位素组成，估测嫦娥六号玄武岩月幔源区水含量仅为1 - 1.5微克/克，是已报道数据中的最低值，表明背面月幔比正面更“干燥”，月球内部水分布也呈现“二分性”。若整个月球背面幔层都如此，那么月球整体水含量过去可能被高估。该成果为大碰撞起源假说及月球后续演化提供了关键参考。

首次发现月背玄武岩来自超亏损源区

研究团队对16颗嫦娥六号玄武岩岩屑中较大的4颗分析后发现，这些玄武岩样品来自极度亏损的源区。“亏损”指缺乏钾、磷、稀土元素等“不相容”元素，这些元素难以进入造岩矿物晶体结构。

研究团队认为，月背样品极度亏损可能有两个原因。一是“先天亏损”，根据“岩浆洋”理论，月球初期岩浆洋冷却结晶时，致密矿物形成月幔，较轻矿物形成月壳，“不相容”元素最后结晶，嫦娥六号玄武岩可能来自早期深部未受扰动的月幔，必然超亏损。二是“熔体抽取”，南极 - 艾特肯盆地撞击引发火山活动，大量岩浆喷出使剩余月幔极度亏损。无论哪种原因，嫦娥六号着陆区的超亏损地幔为早期月壳 - 月幔分异提供了观测窗口。

为创建“中国的月球研究学派”而努力

嫦娥六号月球采样首批4项研究成果公布后，中国科研团队收到国际同行祝贺。英国教授马赫什·阿南德表示，嫦娥六号样本揭示了许多新东西，迫使人们重新思索过去关于月球的理论。

嫦娥六号的成功是科学与工程深度融合的范例。科学发现依赖工程技术实践，科学研究又指导工程实施。对月球背面样品研究的多项首创性突破，得益于中国航天的发展。嫦娥六号完成人类首次从月球背面采样返回任务，使我国跻身深空探测前沿，获得揭示月球早期演化奥秘的资源，为重构地月系统形成机制提供关键证据。

嫦娥六号月壤样品研究成果不止这4项。早在发射前一年，中科院地质地球所就梳理出20多个关键研究问题。收到样品16天后，首批成果已完成并投稿。

此前，只有美、苏从月球正面采样，且只覆盖40亿年至30亿年前。嫦娥五号带回20亿岁月球火山岩，嫦娥六号背面样品最古老物质可追溯到42亿年前，从时空两方面填补了月球演化史空白。

不过，嫦娥六号仅揭开月球奥秘一角，实现月球演化历史认知突破仍任重道远。要走好这条路，需技术突破，利用我国在仪器载荷等方面的技术积累。同时，应聚焦关键核心问题，走出自主道路，创建“中国的月球研究学派”，形成自己的思路与特色。

本文仅代表作者观点，版权归原创者所有，如需转载请在文中注明来源及作者名字。

免责声明：本文系转载编辑文章，仅作分享之用。如分享内容、图片侵犯到您的版权或非授权发布，请及时与我们联系进行审核处理或删除，您可以发送材料至邮箱：service@tojoy.com