11月15日，中國科學(xué)家采用嫦娥六號采回的月球背面樣品做出的首批兩項獨立研究成果，同日分別刊登在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》與《科學(xué)》雜志。兩項研究首次揭示月球背面約28億年前仍存在年輕的巖漿活動，這一年齡填補了月球玄武巖樣品在該時期的記錄空白。其中一項研究表明月背巖漿活動42億年前就存在，至少持續(xù)了14億年。這些研究為人們了解月球演化提供了關(guān)鍵科學(xué)證據(jù)。
國際科學(xué)界通過阿波羅任務(wù)、Luna任務(wù)等認(rèn)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。2021年以來，中國科學(xué)家通過嫦娥五號返回的月壤樣本，證明月球正面20億年前仍然存在較大規(guī)模的巖漿活動，并利用嫦娥五號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(guī)模的火山活動。
由于月球具有“二分性”，月球正面和背面在形貌、成分、月殼厚度、巖漿活動等方面存在顯著差異，但其形成機制仍然懸而未決，是月球科學(xué)研究中亟待解決的關(guān)鍵問題。此前，科學(xué)界對于月球背面的認(rèn)識主要基于遙感研究，2024年6月25日，我國嫦娥六號月球探測器在人類歷史上首次攜帶1935.3克月球背面樣品返回地球，這些樣品采集于月球背面的南極-艾特肯盆地，該盆地是月球上最大、最深且最古老的盆地，為厘清月球正面和背面物質(zhì)組成的差異、破解月球二分性之謎提供了難得的機遇。
月海玄武巖由月幔發(fā)生部分熔融產(chǎn)生的巖漿上升噴發(fā)至月表形成，是探索月球內(nèi)部物質(zhì)組成和熱演化的重要窗口。因此嫦娥六號返回樣品研究的首要任務(wù)就是確定玄武巖巖屑的年齡和巖漿源區(qū)性質(zhì)。
在發(fā)表于《自然》的研究中，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院地質(zhì)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(xué)院國家天文臺的研究團隊根據(jù)5克月壤中分選出大于300微米的108顆玄武巖巖屑定年研究的結(jié)果，揭示嫦娥六號著陸點28（28.07±0.03）億年前存在火山活動，且?guī)r漿來自虧損克里普物質(zhì)（KREEP，富集鉀（K），稀土（REE）和磷（P）等元素的物質(zhì)）的源區(qū)；其中一顆高鋁玄武巖巖屑揭示42億年前存在來自富集克里普物質(zhì)源區(qū)的火山活動。
綜合來看，月球背面火山活動至少持續(xù)了14億年以上，且月幔源區(qū)經(jīng)歷了從克里普物質(zhì)富集到虧損的轉(zhuǎn)變。此外，同位素定年結(jié)果與撞擊坑統(tǒng)計定年結(jié)果基本一致，指示了月球正面和背面遭受隕石撞擊的概率相當(dāng)。
《自然》多位審稿人指出這是一項“令人興奮”的研究，研究團隊采取細(xì)致謹(jǐn)慎的態(tài)度首次對月球背面玄武巖進行了地質(zhì)年代學(xué)分析，提供了高質(zhì)量、高水準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。其中一位審稿人表示：“這是第一個來自嫦娥六號樣本的地質(zhì)年代學(xué)研究，對月球和行星科學(xué)界具有重要意義，也會引起更廣泛的關(guān)注。”
在發(fā)表于《科學(xué)》的研究中，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所研究員徐義剛和高級工程師張樂領(lǐng)銜的團隊對玄武巖屑中微小含鋯礦物（<5微米）以及斜長石和晚期填隙物開展了同位素分析，標(biāo)定嫦娥六號低鈦玄武巖形成于距今28.3億年前的火山噴發(fā)，并指示其具有一個十分虧損不相容元素的月幔源區(qū)。這樣的月幔源區(qū)難以發(fā)生顯著規(guī)模的熔融及相應(yīng)的玄武巖火山活動，并最終導(dǎo)致了南極-艾特肯盆地內(nèi)缺乏大規(guī)模的月海玄武巖。
傳統(tǒng)觀點認(rèn)為，月球背面的月殼較厚，抑制了月海玄武巖噴發(fā)，導(dǎo)致月球正面和背面的月海分布不對稱。但這不能解釋為什么月殼很薄的南極-艾特肯盆地也匱乏大規(guī)模的月海玄武巖。此次研究表明，月海玄武巖的分布除受月殼厚度影響外，月幔源區(qū)的物質(zhì)組成也是重要的控制因素。
《科學(xué)》雜志審稿人認(rèn)為，該研究報道了從月球背面返回的嫦娥六號月壤中的玄武巖巖屑的巖相分析、高精度年齡和同位素特征。這些樣品是首次在月球背面采集的，因此為認(rèn)識整個月球的地質(zhì)歷史提供了獨特的視角。“研究結(jié)果新穎，它們將引起廣大讀者的興趣。”一位審稿人寫道。
嫦娥六號返回月壤樣品中記錄的兩期玄武質(zhì)火山活動及其月幔源區(qū)性質(zhì)示意圖
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