- 來源：科普時報
- 作者：崔澤賢 張樂 徐義剛
圖為嫦娥六號返回樣品中兩種不同年代玄武巖的分析結(jié)果。（李秋立供圖）
編者按 日前，國家自然科學(xué)基金委員會發(fā)布了2024年度“中國科學(xué)十大進展”（簡稱“十大進展”）。為讓讀者深入了解過去一年我國基礎(chǔ)研究領(lǐng)域最具代表性的成果，本報將陸續(xù)刊發(fā)由“十大進展”完成人撰寫的解讀文章。
作為地球唯一的天然衛(wèi)星，月球是地球最親昵的伙伴，但它始終以同一面朝向地球，和地球只是“一面之交”。因此，在人類數(shù)千年的仰望中，月球的背面始終籠罩著神秘面紗。
1959年，蘇聯(lián)的“月球3號”探測器在掠過月球背面時拍攝了29幀圖像，就這一瞬的回眸，使得人類第一次看見了月球的“后腦勺”。此后數(shù)十年，多國相繼發(fā)射月球軌道探測器，對月球全球進行了細致的探測活動，繪制了全月圖像，但對月球背面的認知依然還停留在“遠觀”的階段。
月球的正面和背面宛如“陰陽兩極”——正面遍布著暗黑色的月海玄武巖，好似黑色的“海洋”，而背面的月海玄武巖卻極其匱乏，以古老的高地和大大小小的隕石撞擊坑為主。
除此之外，月球的兩面還在地形高度、月殼厚度和物質(zhì)成分等方面存在顯著差異，這種強烈的反差被稱為月球的二分性。其成因一直困擾著科學(xué)界，成為現(xiàn)今月球科學(xué)最大的關(guān)鍵問題之一。直至2024年，嫦娥六號探測器順利從月球背面帶回1935.5克世界首份月背樣品后，這一窘境才得以改善。
月球背面同樣存在火山活動
嫦娥六號著陸區(qū)位于月球背面的南極—艾特肯盆地東北角的阿波羅撞擊坑邊緣。該盆地是月球上最大（直徑約2500公里，相當(dāng)于廣州到北京的距離）、最深（滲透深度在120公里左右）且最古老的盆地。復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造背景和潛在的巖石種類多樣性使得南極—艾特肯盆地成為研究月球二分性的最佳實驗場。
同位素定年分析可以確定樣品形成于什么時代，就像人可以知道什么時候出生的一樣，而同位素組成就如同人的基因一樣，可以用于判別巖石是從哪里來的。中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所團隊（以下簡稱“我們團隊”）針對性地升級改造了現(xiàn)有的同位素分析技術(shù)，對月球背面月海低鈦玄武巖進行分析，低鈦玄武巖巖漿來自于一個極度虧損鉀（K）、稀土（REE）、磷（P）組分（簡稱KREEP，富含放射性生熱元素，傳統(tǒng)觀點認為其能為月球持續(xù)的火山活動提供熱源）的月幔源區(qū)。我們團隊首次揭示了嫦娥六號著陸區(qū)的火山活動時間為28億年，證實了月球背面和月球正面同樣存在年輕的火山活動。
此外，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所團隊還發(fā)現(xiàn)一顆高鋁玄武巖顆粒，它形成于42億年前，證明月背至少存在了14億年的火山活動歷史。
以上認識極大地豐富了月球火山活動歷史，為全面認識月球演化歷史提供了關(guān)鍵科學(xué)證據(jù)。
“背靠背”集體攻關(guān)
嫦娥六號返回樣品是在2024年8月24日上午10：30發(fā)放，到達中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所已是19：00，相關(guān)工作馬上開始展開。8月25日，我們團隊完成樣品前處理，8月26日進行圖像學(xué)處理，鎖定了定年礦物。拿到樣品后一周內(nèi)，完成了所有微區(qū)分析的數(shù)據(jù)采集工作。9月9日，向國家航天局探月中心提交了研究報告。
中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所團隊和我們團隊分別于9月7日和9月13日將研究成果投稿到了《自然》和《科學(xué)》雜志上。巧合的是，兩篇研究論文均于11月15日在線發(fā)表。
嫦娥樣品的科學(xué)研究作為嫦娥探月工程的延續(xù)，不僅肩負著國家月球樣品科學(xué)研究的殷殷期望，更是承載著人類對探索未知世界的美好愿景。
中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所和中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，在同一時間領(lǐng)到了研究任務(wù)，采取“背靠背”的模式，各自獨立開展相關(guān)研究。
最終在同樣高效的情況下，獲得了一致的可靠數(shù)據(jù)，這充分展示了中國科研工作者在原位微區(qū)定年、原位微區(qū)同位素示蹤等方面的研究實力，并為后續(xù)更多的深空探測任務(wù)返回樣品的研究打下了堅實基礎(chǔ)。
（作者崔澤賢系中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所工程師，張樂系中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所高級工程師，徐義剛系中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所研究員、中國科學(xué)院院士）
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