紫荊雜誌（記者 馮琳）北京報導：月球上火山活動何時停止？曾經的岩漿活動如何維持？月幔到底有多“幹”？嫦娥五號月球樣品具有怎樣的特徵？要想解答這些問題，可以從中國科學院最新發佈的嫦娥五號月球科研樣品最新研究成果中找尋答案。

10月19日，中國科學院地質與地球物理研究所（以下簡稱地質地球所）和國家天文臺主導，聯合多家研究機構通過三篇《自然》論文和一篇《國家科學評論》論文，描述了中國嫦娥五號月球樣品返回任務的研究結果，為月球熱演化和化學演化提供了新知。

月球玄武岩年齡測試 中科院供圖

證實月球最“年輕”玄武岩年齡為20億年

2020年12月17日，嫦娥五號將約1.73千克的月球物質帶回了地球，距離之前美國阿波羅號和蘇聯月球探測器（Luna）帶回月球樣本已經過去了40多年。嫦娥五號選擇的著陸點是最年輕的月海玄武岩區域之一，形成於火山噴發之後。這些火山岩記錄了月球熱演化和化學演化的歷史。之前對月球樣本進行的放射性同位素測年顯示，大部分月球火山活動在約29-28億年前停止。撞擊坑計數定年法是另一種計算行星表面年齡的方法，該方法預測月球可能在30-10億年前還有火山流，提示火山活動的持續時間可能比之前認為的更久。由於缺少返回樣品用於校準，後一種定年法存在很大的不確定性。

在最新的研究中，中科院科研人員利用超高空間解析度鈾-鉛（U-Pb）定年技術，對嫦娥五號月球樣品玄武岩岩屑中50余顆富鈾礦物（斜鋯石、鈣鈦鋯石、靜海石）進行分析，確定玄武岩形成年齡為20.30±0.04億年，證實月球最“年輕”玄武岩年齡為20億年。也就是說，月球直到20億年前仍存在岩漿活動，比以往月球樣品限定的岩漿活動停止時間延長了約8億年。

科研人員介紹，科學家曾以一種統計區域撞擊坑的大小和數量的方法，推斷嫦娥五號著陸區是月球最年輕玄武岩單元之一，這一區域的年齡為10至30億年，這種方法存在著極大不確定性。此次嫦娥五號玄武岩的精確年代學資料為撞擊坑統計定年曲線提供了關鍵錨點，將大幅提高內太陽系星體表面的撞擊坑統計定年精度。此次研究採用的超高空間解析度的定年和同位素分析技術處於國際領先水準，為珍貴地外樣品年代學等研究提供了新的技術方法。

掃描電子顯微鏡下進行成分分析 中科院供圖

同時，月球最晚期岩漿活動的成因一直是未解之謎，目前科學界存在兩種可能的解釋：岩漿中富含放射性元素以提供熱源，或富含水以降低熔點。最新研究基於地質地球所研發的超高空間解析度同位素分析技術，取得了意料之外的結果：嫦娥五號玄武岩初始熔融時並沒有捲入富集鉀、稀土元素、磷的“克裏普物質”（這幾種元素在地球化學上被稱為“不相容元素”，意為不容易進入到固體中的元素），嫦娥五號樣品富集克裏普物質的特徵，是由於岩漿後期經過大量礦物結晶固化後，殘餘部分富集而來。這一結果排除了嫦娥五號著陸區岩石初始岩漿熔融熱源來自放射性生熱元素的主流假說，揭示了月球晚期岩漿活動過程。

對於岩漿源區是否富含水，科研團隊利用地質地球所納米離子探針研發的分析技術，計算嫦娥五號玄武岩中的水含量和氫同位素組成，獲得月幔源區的水含量僅為1-5微克/克，也就是說月幔非常的“幹”。科研人員指出，這一發現也排除了月幔初始熔融時因水含量高而具有低熔點，導致該區域岩漿活動持續時間異常延長的猜想。
該系列成果對月球熱演化歷史研究提出了新的科學問題，月球冷卻如此之慢的原因並不清楚，需要全新的理論框架和演化模型，對未來的月球探測和研究提出了新的方向。

研究成果获國際專家高度評價

這是首批由我國科學家主導獨立完成的嫦娥五號月球科研樣品研究成果，充分彰顯出中國科學家的科研水準和創新能力。這些成果得到國際專家的高度評價，美國新墨西哥大學月球與行星科學研究所的查理斯·席勒高級研究員、卡內基研究所理查·加爾森研究員等認為該系列成果“提供了迄今為止月球上確定的最年輕的玄武岩的證據”、“改變了我們對月球的熱歷史和岩漿歷史的認識”、“對我們認識月球起源和演化具有重要的意義”。

國家航天局探月與航太工程中心受國家航天局委託，實施月球樣品的具體管理工作。2021年7月12日，嫦娥五號任務第一批月球科研樣品正式發放，國內共有13家科研機構獲得約17476.4 mg樣品。

顯微鏡下挑選月壤中的微米級顆粒 中科院供圖

中國科學院高度重視月球科研樣品研究工作，第一時間組織全院月球和行星科學領域的科研人員，開展多學科交叉的優勢隊伍協同攻關，全面開展嫦娥五號月球科研樣品綜合分析和研究，於2021年5月正式設立重點部署專案“嫦娥五號任務月球科研樣品綜合研究”。該專案以月球科研樣品的基礎物理特性、物質成分為研究物件，解構嫦娥五號月球科研樣品的特性資訊。此次發表的4篇文章，是該專案取得的首批研究成果。

中國科學院還積極推動嫦娥五號月球科研樣品分析研究的國際合作交流。目前，基於中法兩國科學家在空間領域的長期友好合作基礎，中國科學院和法國空間研究中心以及法國科研中心在月球樣品合作研究方面已經初步達成共識，雙方將以人員交流和共同研究專案的形式開展互補合作。未來中國科學院還將繼續加強與國際科技界在月球樣品研究方面的交流與合作。