《自然》：中國(guó)首批月球巖石引爆研究熱潮

《自然》：中國(guó)首批月球巖石引爆研究熱潮

英國(guó)《自然》雜志網(wǎng)站3月16日刊文指出，2020年12月，中國(guó)的嫦娥五號(hào)返回器帶回了近2公斤月球樣品，這些月球巖石引爆了中國(guó)科學(xué)家的研究熱潮，他們正對(duì)其開(kāi)展研究，以揭示月球的進(jìn)化歷史。

引發(fā)研究熱潮

中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所（IGG）研究員李獻(xiàn)華此前的主要研究方向是地球上的熔融巖石。但當(dāng)嫦娥五號(hào)將中國(guó)第一批月球巖石帶回地球后，李獻(xiàn)華轉(zhuǎn)而開(kāi)始研究這些巖石。

李獻(xiàn)華是中國(guó)許多首次有機(jī)會(huì)研究月球巖石的科學(xué)家之一。這些巖石樣本是自40多年前美國(guó)國(guó)家航空航天局的阿波羅任務(wù)和蘇聯(lián)的探月任務(wù)以來(lái)人類首次帶回的月球樣品。

目前中國(guó)很多科學(xué)家正對(duì)嫦娥五號(hào)樣品開(kāi)展研究，以了解月球的演化歷程。初期研究結(jié)果令科學(xué)家們興奮不已。在過(guò)去6個(gè)月里，他們已經(jīng)發(fā)表了6篇關(guān)于嫦娥五號(hào)樣品的論文。上周，在美國(guó)德克薩斯州休斯頓舉行的月球和行星科學(xué)大會(huì)上，其中有一個(gè)關(guān)于中國(guó)探月任務(wù)的論壇，科學(xué)家們提交了大約十幾項(xiàng)研究成果。

美國(guó)圣母大學(xué)土木工程和地質(zhì)科學(xué)教授克利夫·尼爾曾與中國(guó)科學(xué)家一起研究嫦娥五號(hào)的樣品，他說(shuō)：“有很多年輕的中國(guó)研究人員參與進(jìn)來(lái)，這些月球巖石令人興奮，因?yàn)樗鼈兪强茖W(xué)家們研究月球巖漿活動(dòng)不同時(shí)期的一個(gè)窗口?！?/p>

最年輕的月球巖石

嫦娥五號(hào)任務(wù)從月球北部風(fēng)暴洋東北角的玄武巖區(qū)域采集了這批約1731克月球樣品。之所以選擇這個(gè)地點(diǎn)，部分是因?yàn)樗赡馨斜忍K聯(lián)的月球任務(wù)和阿波羅任務(wù)探訪的地區(qū)更年輕的火山物質(zhì)。科學(xué)家們希望，更年輕的地點(diǎn)能讓他們了解月球開(kāi)始冷卻但仍有火山活動(dòng)時(shí)的“模樣”。

中國(guó)科學(xué)院發(fā)布的嫦娥五號(hào)月球科研樣品最新研究成果證明，嫦娥五號(hào)月球樣品為一類新的月海玄武巖，填補(bǔ)了美國(guó)和蘇聯(lián)月球采樣任務(wù)的“空白”。研究表明，月球直到20億年前仍存在巖漿活動(dòng)，晚期巖漿活動(dòng)的月幔源區(qū)并不富含放射性生熱元素，而且非?！案伞薄６囗?xiàng)突破性進(jìn)展給出了對(duì)月球演化的全新認(rèn)識(shí)，對(duì)未來(lái)的月球探測(cè)和研究提出了新的方向，得到國(guó)際專家高度評(píng)價(jià)。

去年7月，中國(guó)國(guó)家航天局向中國(guó)多名科學(xué)家分發(fā)了首批樣品。他們從85項(xiàng)申請(qǐng)中選出31項(xiàng)科學(xué)項(xiàng)目，分發(fā)了約17.5克細(xì)粒粉末和固體巖石。接下來(lái)，又有幾輪申請(qǐng)希望研究月球樣本。

第一批研究團(tuán)隊(duì)確定了月球巖石的年代。去年10月7日，一個(gè)研究小組報(bào)告稱，這批玄武巖的年齡為19.6億年（誤差不超過(guò)5700萬(wàn)年）。不到兩周，包括李獻(xiàn)華在內(nèi)的另一個(gè)研究小組證實(shí)了這個(gè)日期，估計(jì)這批玄武巖的年齡為20億年（誤差不超過(guò)400萬(wàn)年）。

這些研究結(jié)果證實(shí)，月球那時(shí)仍處于火山活動(dòng)狀態(tài)，比阿波羅任務(wù)取回的巖石顯示的火山活動(dòng)峰值晚了近10億年。

月球火山活動(dòng)令人困惑

是什么造成了這些火山活動(dòng)呢？

一種基于衛(wèi)星觀測(cè)的理論認(rèn)為，在月幔中發(fā)現(xiàn)的能生熱放射性元素，如鉀和釷，可能是引發(fā)火山活動(dòng)的推手。但當(dāng)IGG的另一個(gè)團(tuán)隊(duì)檢查月球玄武巖時(shí)，他們否認(rèn)了這一點(diǎn)。

科學(xué)家們給出的另一種解釋是：月幔內(nèi)含有足夠的水，可以降低物質(zhì)熔化的溫度，使巖漿更容易噴發(fā)。但I(xiàn)GG的行星科學(xué)家林楊挺及其同事發(fā)現(xiàn)，這些月球巖石可能來(lái)自相對(duì)干燥的地方。

月球火山活動(dòng)的熱源問(wèn)題也讓科學(xué)家們困惑不已。對(duì)此林楊挺說(shuō)：“我還沒(méi)有找到答案”。

中國(guó)科學(xué)院南京紫金山天文臺(tái)研究員徐偉彪說(shuō)：“這是一個(gè)非常大的科學(xué)問(wèn)題，要弄清楚這一點(diǎn)，我們需要進(jìn)一步了解月球的演化歷史”。徐偉彪收到了兩小塊月球樣品，目前正試圖弄清楚這個(gè)問(wèn)題。

北京大學(xué)地球化學(xué)家唐銘說(shuō)：“我們正在探索所有的可能性”。唐銘也收到了兩塊微小的玄武巖顆粒，并將對(duì)它們進(jìn)行分析，以更好地了解產(chǎn)生它們的壓力和溫度。唐銘之前研究過(guò)地球上火山的巖漿，他說(shuō)：“月球樣品對(duì)我和其他許多有興趣拓展自己研究領(lǐng)域的中國(guó)科學(xué)家來(lái)說(shuō)是一個(gè)很好的機(jī)會(huì)”。

目前，關(guān)于月球火山熱源的理論比比皆是。但徐偉彪表示，將有很多團(tuán)體試圖解開(kāi)這個(gè)謎團(tuán)，并獲得更多有關(guān)月球的信息。自從嫦娥五號(hào)樣本到達(dá)地球后，他看到許多研究人員加入了這一領(lǐng)域。今年，他的實(shí)驗(yàn)室收到了很多希望加入他們研究課題的申請(qǐng)，超出了他們的預(yù)期，“以前從未出現(xiàn)過(guò)這種情況”。

林楊挺希望更多研究人員參與進(jìn)來(lái)。未來(lái)十年內(nèi)，中國(guó)計(jì)劃開(kāi)展一次月球南極樣本返回任務(wù)以及另一次火星樣本返回任務(wù)。

“二三十年前，這只是一個(gè)夢(mèng)想，現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了”李獻(xiàn)華表示。