月亮“長”了8億歲
嫦娥五號月壤研究揭示月球“晚年生活”
月球很忙。作為地球唯一的自然衛(wèi)星，在繞地飛行的數(shù)十億年里，它既要受邀出席中國唐代詩人李白的酒宴，又要為20世紀中葉開啟的美蘇“太空競賽”提供活動場地，還要用自己的演化進程，幫助地球人解答“我從哪兒來，要到哪兒去”。
然而，月球究竟“活”了多少時間，很少有人能說得清楚。
約45億年前，月球還是個“寶寶”，一出生就是一團滾燙巖漿，向宇宙昭示著它的活力。而后歷經數(shù)十億年的光景，月球逐漸步入“晚年”，巖漿活動逐漸停止，直到完全冷卻“死去”……昔日巖漿變成冰冷月海，將光陰的故事凝固在玄武巖里。
此前，地球上的月球隕石，以及美國、蘇聯(lián)采集而來的月球樣本，不斷告訴人們，月球的生命特征之一——巖漿活動持續(xù)到大約28億-30億年前。但是，對于月球巖漿活動停止的確切時間，科學界一直存在爭議。
科學家只拼湊出月球演化故事的中間部分，對于最為關鍵的“開頭”和“結局”卻知之甚少。月球的“童年”和“晚年”到底是怎樣度過的？
最近，中國科學家通過嫦娥五號采回的月球樣品，終于破解了月球部分“晚年生活”之謎。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”)和中國科學院國家天文臺主導，聯(lián)合多家研究機構在國際學術期刊《自然》發(fā)表了相關研究的學術論文。
這份研究顯示，人們之前想錯了，月球的巖漿活動一直持續(xù)到距今約20億年，月球的壽命比此前推測的又延長了約8億歲；更有意思的是，最新研究還發(fā)現(xiàn)，放射性元素和水，在月球“延壽”這件事上可能都沒幫上忙。
這到底是怎么回事？
奔月前布下的“棋陣”
要解決科學問題，首先得有研究對象，而研究月球最好的對象之一，就是“月壤”。
在前不久舉行的中國科學院科研成果發(fā)布會現(xiàn)場，中國科學院院士、嫦娥工程顧問歐陽自遠談及“月壤”重要性時說：“‘抓土’是有講究的，嫦娥五號可不是隨便抓了一把土回來。”
我國在2004年開啟的探月工程——嫦娥工程布局了“繞”“落”“回”三步走戰(zhàn)略。嫦娥一號、二號實現(xiàn)了“繞”月；嫦娥三號實現(xiàn)了“落”月，嫦娥四號實現(xiàn)了月球背面的軟著陸；2020年著陸在月球風暴洋西北處呂姆克山附近的嫦娥五號，則成功完成我國首次地外天體采樣返回任務，拿回了備受矚目的“月球土特產”。
在此處采集“月壤”，可是大有講究。歐陽自遠表示，選擇在風暴洋“抓土”，就是“希望對于月球距今30億年以來的歷史，增添一些我們中國科學家的突破和貢獻”。他們相信，此地有著月球上最晚形成的玄武巖，而月球“晚年生活”的故事，就藏在里面。
可以說，這是在嫦娥五號奔月之前，就已經布好的“棋陣”。
這邊廂，嫦娥五號在月球精準“抓土”，那邊廂，38萬公里之外的地球人實驗室里，則在有針對性地開發(fā)能匹配月球研究課題的關鍵技術。
為有朝一日能破解月球的奧秘，科學家們摩拳擦掌。《自然》論文的通訊作者、中國科學院院士、地質地球所研究員李獻華告訴記者，自1999年開始，中國科學院便面向地球與行星科學，著手建設微區(qū)原位分析測試平臺。技術儲備就緒，他們開始“盼星星，盼月亮”。
月球比想象中“活”得更久
2020年12月17日，滿載月球故事的嫦娥五號返回器，終于在我國內蒙古四子王旗安全著陸。
之后的事情很多人都知道了。經確認，嫦娥五號一共帶回了1731克月球樣品，這是人類時隔44年再次迎來的月球樣品。很多科學家都希望能從這些比黃金還要珍貴的樣品中“看到月球的過去”。
半年多之后，中科院地質地球所和國家天文臺等單位牽頭的科研團隊，獲得了第一批發(fā)放的嫦娥五號月球科研樣品中的一部分——3克月壤粉末和兩個巖屑光片。
一個裝有黑色月壤粉末的玻璃小瓶，就這樣送到了青年研究員楊蔚和同事的手上。要給月球測定壽命，他們首先要在月球樣品中找出記載著月球“晚年生活”的玄武巖顆粒。
但月壤粉末實在是太細了，如果處理不當，一打開瓶蓋就會被地球上的靜電效應弄得“灰飛煙滅”。面對這些以克為單位的樣品，科研人員如履薄冰。
楊蔚和幾位年輕同事用隔離服把自己裹得嚴嚴實實，進入超凈實驗室，對月壤樣品進行轉移和分選，“領導們就站在門外等著，大家既緊張又期待，我們操作一步就出來報告一下進展。”楊蔚說。
很快，楊蔚和同事把僅有幾微米大小的玄武巖顆粒分離了出來。大家很興奮：這些可是記錄月球歷史的“時間膠囊”??！
到這里，研究才剛剛開始。要讓玄武巖“開口講故事”，還要有一把能撬動玄武巖嘴巴的“鑰匙”。這把“鑰匙”，就是李獻華團隊的關鍵利器——“離子探針超高空間分辨率定年技術”。
李獻華解釋，科研團隊改進了商用離子探針分析儀器的關鍵硬件，能夠對小到3微米的顆粒進行精確分析。有了這樣的技術儲備，科研人員才能對“超迷你”尺寸的玄武巖關鍵部位進行檢測。
研究結果表明，嫦娥五號帶回的玄武巖形成年齡為20.30±0.04億年，這意味著，月球最“年輕”的玄武巖，形成于20億年前。進一步說，月球直到20億年前仍存在巖漿活動，這比科學家此前估算的“壽齡”，還多“活”了8億歲。
這個結論相當于在月球的“生長曲線”上錨定了一個新的、關鍵的時間點，填補了人類對月球“晚年”演化歷史認知的空白。
多出來8億年，然后呢？
科學家并未就此停下腳步，他們對月球演化提出了新問題：多出來的8億年是怎么來的，換言之，月球為什么在距今20億年前仍能保持活力？
兩個假說被接連推翻
月球最晚期巖漿活動的成因，一直是未解之謎。此前科學界存在兩種解釋：一種可能是，巖漿的源區(qū)中富含放射性元素，從而為產生巖漿提供了熱源；另一種可能是，巖漿源區(qū)中富含水，因此降低了巖石的熔點。
為驗證源區(qū)富含放射性元素的假說，中科院地質地球所鉆研多年的另一件利器——“超高空間分辨率同位素分析技術”登場了。
研究結果出乎意料：科研人員并未在玄武巖樣品初始熔融時找到鉀、稀土元素、磷的“克里普物質”等放射性生熱元素。也就是說，科學家此前誤解了月球，第一種假說就此被推翻了。
為了驗證巖漿地區(qū)富含水的假說，科研團隊的第三件利器——“納米離子探針分析技術”派上用場。
通過測定嫦娥五號玄武巖中的水含量和氫同位素組成，科研人員發(fā)現(xiàn)，“如果按重量把源區(qū)巖石分成100萬份，水含量只占1-5份”，這表明月幔非常“干”，并不富含水。也就是說，科學家又一次誤解了月球，第二種假說也被推翻了。
既不是放射性元素，也不是水，那么到底是什么導致月球壽命的延長呢？
更多月球故事有待揭秘
李獻華目前也不知道答案。
他告訴記者，這一系列最新研究，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并不清楚，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。”
讓人欣慰的是，探索月球奧秘的研究隊伍正在持續(xù)壯大。
國家航天局嫦娥五號月球樣品專家委員會成員、中科院院士徐義剛，在中科院成果發(fā)布會當天表示，近期，又有一批月球科研樣品發(fā)放給了科學家。有志于此的研究者可以向該委員會申請樣品。
未來連接過去，科學家就像是時間的催化劑，總能帶來驚喜。“天地玄黃，宇宙洪荒。日月盈昃，辰宿列張。寒來暑往，秋收冬藏。”月球的生命歷程，在某種程度上預示著地球的演化軌跡，更多故事有待揭秘。
“月球‘延壽’不是因為放射性元素和水，那到底是因為什么呢？我們的研究還在繼續(xù)。”楊蔚笑著對記者說。
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