从一粒粒几乎“细如面粉”的月壤出发,科研人员正在把月球演化史从碎片化线索拼接为可检验的科学图景。
近期,中国科学院地质与地球物理研究所与中国科学院国家天文台的相关科研人员,因在月壤样品的岩矿学、地球化学与年代学研究方面取得一系列重要成果,获得2025年度中国科学院杰出科技成就奖基础研究奖。
对他们而言,这份荣誉不仅是对技术能力与学术创新的肯定,更折射出我国深空探测由“取回样品”向“产出原创认知”的跃升。
问题:月球究竟“何时冷却”、火山何时停歇、最古老撞击盆地年龄如何确定,一直是月球科学的核心难题。
长期以来,国际社会主要依托美苏带回的月球样品,构建了以月球早期演化为主的时间框架,但对月球晚期火山活动、月背演化以及最古老大型撞击事件的精确定年仍存在空白与争议。
样品数量有限、来源复杂、颗粒微小且容易污染,使得每一次判断都需要建立在严密的流程与多手段交叉验证之上。
原因:突破来自两方面的共同支撑。
一是国家探月工程持续推进,为科学研究提供了“从正面到背面、从局部到关键区域”的样品来源,尤其是嫦娥五号带回月球正面月壤、嫦娥六号带回人类首份月球背面样品,使过去难以触及的科学问题获得直接证据。
二是科研团队在地球岩石学、微区分析与同位素定年等领域长期积累,将“CT扫描—镜下挑选—元素扫描—靶样制备—岩相分析—微区分析”等流程进一步工程化、标准化,把高难度的样品制备与高效率的科学产出连接起来。
在样品极其珍贵、用量以克甚至毫克计的条件下,方法学的成熟直接决定能否把“稀缺资源”转化为“高质量数据”。
影响:嫦娥五号研究首先补上了月球晚期演化的关键拼图。
团队围绕样品年龄、源区性质和水含量等问题开展研究,提出约20亿年前月球仍存在火山活动的新证据,意味着月球内部热演化和岩浆活动持续时间比一些传统认识更长。
这一结论不仅改变“月球早早沉寂”的直观印象,也为解释月球内部热源、幔源组成与挥发分演化提供了新的约束条件。
对比既有研究多聚焦30亿年前左右的早期阶段,这些结果使月球演化曲线的后半程得以被更清晰地描绘。
嫦娥六号样品带来的变化更具开拓性。
由于着陆点位于月球最大、最古老的南极-艾特肯盆地内部的阿波罗撞击坑附近,区域上“多期撞击叠加、多期物质混合”的地质背景,使样品岩石类型更为复杂,既蕴含更多科学信息,也显著增加了判别难度。
科研人员在初期分选中通过光谱等手段识别出苏长岩、角砾岩、粘结岩等多类型岩屑,提示月背深部物质与撞击改造过程可能在样品中留下了更完整的记录。
在年代学方面,团队从有限样品中“精挑细选”出具有代表性的玄武岩颗粒,既获得主要来自约28亿年前喷发岩石的证据,又识别出一颗约42亿年历史的月海玄武岩颗粒。
这一发现具有标志意义:一方面,它为月球背面火山活动持续时间提供了新的证据链,提示月背热演化并非单调衰减;另一方面,也为全球月球样品库增加了极其稀缺的古老玄武岩端元,有助于进一步检验月球早期分异、幔源演化与后期热事件之间的关系。
在岩石学与撞击事件研究方面,科研人员针对锁定南极-艾特肯盆地形成年龄这一关键问题,重点寻找与大型撞击熔融事件相关的古老苏长岩或类似产物。
通过持续筛选与原位分析,最终确认了一批来自大型撞击熔融事件的颗粒,并将月球最古老撞击“疤痕”相关年代约束到约42.5亿年前量级。
由于南极-艾特肯盆地是月球乃至内太阳系早期撞击史的重要“样本区”,这一约束将为理解早期行星撞击通量、月球壳幔结构演化以及月球与地球系统的早期环境提供更坚实的时间锚点。
对策:面向未来,月球样品研究要从“单点突破”走向“体系化推进”。
一是进一步完善样品全流程管理与共享机制,在严格防污染、可追溯的前提下,提高跨团队、跨学科协作效率,让同一份样品在不同方法学之间实现最大化信息提取。
二是强化关键分析技术能力建设,围绕超微量样品的同位素定年、微区元素与挥发分测量等核心环节,持续提升精度与一致性,形成可与国际顶尖实验室对标的标准体系。
三是把数据产出与理论模型同步推进,针对月球晚期火山活动延续、月背幔源性质、以及大型撞击事件的物质混合机制等问题,形成可预测、可验证的演化模型,提升我国在国际月球科学议题设置中的话语权与贡献度。
前景:随着探月工程持续深化,月球样品研究将从“回答既有问题”转向“提出新问题”。
一方面,月球背面样品的复杂性意味着仍有大量未知等待被系统解码,特别是与深部物质、古老撞击熔融、以及月球热源分布相关的线索,有望在未来研究中进一步澄清。
另一方面,这些基础研究成果将与资源利用、月面环境认知、深空探测技术迭代形成相互促进,为后续月球科研站建设、载人登月与更远深空任务提供科学支撑。
从嫦娥五号到嫦娥六号,从月球正面到月球背面,中国的探月工程正在逐步揭开月球的神秘面纱。
这支"四十啷当岁"的科研团队用一粒粒微小的月壤,讲述了月球数十亿年的演化故事,也展现了中国科学家在基础研究领域的执着与创新。
他们的发现不仅刷新了人类对月球的认识,更为未来的深空探测和月球科学研究奠定了坚实的科学基础。
在探索宇宙奥秘的征途中,中国科学家正以扎实的研究、创新的思维,为人类对月球乃至宇宙的认识做出越来越重要的贡献。