月亮“长”了8亿岁

　　嫦娥五号月壤研究揭示月球“晚年生活”

　　月球很忙。作为地球唯一的自然卫星，在绕地飞行的数十亿年里，它既要受邀出席中国唐代诗人李白的酒宴，又要为20世纪中叶开启的美苏“太空竞赛”提供活动场地，还要用自己的演化进程，帮助地球人解答“我从哪儿来，要到哪儿去”。

　　然而，月球究竟“活”了多少时间，很少有人能说得清楚。

　　约45亿年前，月球还是个“宝宝”，一出生就是一团滚烫岩浆，向宇宙昭示着它的活力。而后历经数十亿年的光景，月球逐渐步入“晚年”，岩浆活动逐渐停止，直到完全冷却“死去”……昔日岩浆变成冰冷月海，将光阴的故事凝固在玄武岩里。

　　此前，地球上的月球陨石，以及美国、苏联采集而来的月球样本，不断告诉人们，月球的生命特征之一——岩浆活动持续到大约28亿-30亿年前。但是，对于月球岩浆活动停止的确切时间，科学界一直存在争议。

　　科学家只拼凑出月球演化故事的中间部分，对于最为关键的“开头”和“结局”却知之甚少。月球的“童年”和“晚年”到底是怎样度过的？

　　最近，中国科学家通过嫦娥五号采回的月球样品，终于破解了月球部分“晚年生活”之谜。10月19日，中国科学院地质与地球物理研究所(以下简称“地质地球所”)和中国科学院国家天文台主导，联合多家研究机构在国际学术期刊《自然》发表了相关研究的学术论文。

　　这份研究显示，人们之前想错了，月球的岩浆活动一直持续到距今约20亿年，月球的寿命比此前推测的又延长了约8亿岁；更有意思的是，最新研究还发现，放射性元素和水，在月球“延寿”这件事上可能都没帮上忙。

　　这到底是怎么回事？

　　奔月前布下的“棋阵”

　　要解决科学问题，首先得有研究对象，而研究月球最好的对象之一，就是“月壤”。

　　在前不久举行的中国科学院科研成果发布会现场，中国科学院院士、嫦娥工程顾问欧阳自远谈及“月壤”重要性时说：“‘抓土’是有讲究的，嫦娥五号可不是随便抓了一把土回来。”

　　我国在2004年开启的探月工程——嫦娥工程布局了“绕”“落”“回”三步走战略。嫦娥一号、二号实现了“绕”月；嫦娥三号实现了“落”月，嫦娥四号实现了月球背面的软着陆；2020年着陆在月球风暴洋西北处吕姆克山附近的嫦娥五号，则成功完成我国首次地外天体采样返回任务，拿回了备受瞩目的“月球土特产”。

　　在此处采集“月壤”，可是大有讲究。欧阳自远表示，选择在风暴洋“抓土”，就是“希望对于月球距今30亿年以来的历史，增添一些我们中国科学家的突破和贡献”。他们相信，此地有着月球上最晚形成的玄武岩，而月球“晚年生活”的故事，就藏在里面。

　　可以说，这是在嫦娥五号奔月之前，就已经布好的“棋阵”。

　　这边厢，嫦娥五号在月球精准“抓土”，那边厢，38万公里之外的地球人实验室里，则在有针对性地开发能匹配月球研究课题的关键技术。

　　为有朝一日能破解月球的奥秘，科学家们摩拳擦掌。《自然》论文的通讯作者、中国科学院院士、地质地球所研究员李献华告诉记者，自1999年开始，中国科学院便面向地球与行星科学，着手建设微区原位分析测试平台。技术储备就绪，他们开始“盼星星，盼月亮”。

　　月球比想象中“活”得更久

　　2020年12月17日，满载月球故事的嫦娥五号返回器，终于在我国内蒙古四子王旗安全着陆。

　　之后的事情很多人都知道了。经确认，嫦娥五号一共带回了1731克月球样品，这是人类时隔44年再次迎来的月球样品。很多科学家都希望能从这些比黄金还要珍贵的样品中“看到月球的过去”。

　　半年多之后，中科院地质地球所和国家天文台等单位牵头的科研团队，获得了第一批发放的嫦娥五号月球科研样品中的一部分——3克月壤粉末和两个岩屑光片。

　　一个装有黑色月壤粉末的玻璃小瓶，就这样送到了青年研究员杨蔚和同事的手上。要给月球测定寿命，他们首先要在月球样品中找出记载着月球“晚年生活”的玄武岩颗粒。

　　但月壤粉末实在是太细了，如果处理不当，一打开瓶盖就会被地球上的静电效应弄得“灰飞烟灭”。面对这些以克为单位的样品，科研人员如履薄冰。

　　杨蔚和几位年轻同事用隔离服把自己裹得严严实实，进入超净实验室，对月壤样品进行转移和分选，“领导们就站在门外等着，大家既紧张又期待，我们操作一步就出来报告一下进展。”杨蔚说。

　　很快，杨蔚和同事把仅有几微米大小的玄武岩颗粒分离了出来。大家很兴奋：这些可是记录月球历史的“时间胶囊”啊！

　　到这里，研究才刚刚开始。要让玄武岩“开口讲故事”，还要有一把能撬动玄武岩嘴巴的“钥匙”。这把“钥匙”，就是李献华团队的关键利器——“离子探针超高空间分辨率定年技术”。

　　李献华解释，科研团队改进了商用离子探针分析仪器的关键硬件，能够对小到3微米的颗粒进行精确分析。有了这样的技术储备，科研人员才能对“超迷你”尺寸的玄武岩关键部位进行检测。

　　研究结果表明，嫦娥五号带回的玄武岩形成年龄为20.30±0.04亿年，这意味着，月球最“年轻”的玄武岩，形成于20亿年前。进一步说，月球直到20亿年前仍存在岩浆活动，这比科学家此前估算的“寿龄”，还多“活”了8亿岁。

　　这个结论相当于在月球的“生长曲线”上锚定了一个新的、关键的时间点，填补了人类对月球“晚年”演化历史认知的空白。

　　多出来8亿年，然后呢？

　　科学家并未就此停下脚步，他们对月球演化提出了新问题：多出来的8亿年是怎么来的，换言之，月球为什么在距今20亿年前仍能保持活力？

　　两个假说被接连推翻

　　月球最晚期岩浆活动的成因，一直是未解之谜。此前科学界存在两种解释：一种可能是，岩浆的源区中富含放射性元素，从而为产生岩浆提供了热源；另一种可能是，岩浆源区中富含水，因此降低了岩石的熔点。

　　为验证源区富含放射性元素的假说，中科院地质地球所钻研多年的另一件利器——“超高空间分辨率同位素分析技术”登场了。

　　研究结果出乎意料：科研人员并未在玄武岩样品初始熔融时找到钾、稀土元素、磷的“克里普物质”等放射性生热元素。也就是说，科学家此前误解了月球，第一种假说就此被推翻了。

　　为了验证岩浆地区富含水的假说，科研团队的第三件利器——“纳米离子探针分析技术”派上用场。

　　通过测定嫦娥五号玄武岩中的水含量和氢同位素组成，科研人员发现，“如果按重量把源区岩石分成100万份，水含量只占1-5份”，这表明月幔非常“干”，并不富含水。也就是说，科学家又一次误解了月球，第二种假说也被推翻了。

　　既不是放射性元素，也不是水，那么到底是什么导致月球寿命的延长呢？

　　更多月球故事有待揭秘

　　李献华目前也不知道答案。

　　他告诉记者，这一系列最新研究，对月球热演化历史研究提出了新的科学问题，“月球冷却如此之慢的原因并不清楚，需要全新的理论框架和演化模型，对未来的月球探测和研究提出了新的方向。”

　　让人欣慰的是，探索月球奥秘的研究队伍正在持续壮大。

　　国家航天局嫦娥五号月球样品专家委员会成员、中科院院士徐义刚，在中科院成果发布会当天表示，近期，又有一批月球科研样品发放给了科学家。有志于此的研究者可以向该委员会申请样品。

　　未来连接过去，科学家就像是时间的催化剂，总能带来惊喜。“天地玄黄，宇宙洪荒。日月盈昃，辰宿列张。寒来暑往，秋收冬藏。”月球的生命历程，在某种程度上预示着地球的演化轨迹，更多故事有待揭秘。

　　“月球‘延寿’不是因为放射性元素和水，那到底是因为什么呢？我们的研究还在继续。”杨蔚笑着对记者说。

　　中青报·中青网记者 张茜 来源：中国青年报

　　2021年10月26日 12 版 【编辑:陈文韬】

关键词：