月球表面“多大年纪”,直接关系到人类如何理解其形成、热演化与地质活动的节律,也是利用月球作为太阳系早期历史“档案馆”的前提;长期以来,月球大面积区域缺乏可直接测年的返回样品,科学界主要通过统计撞击坑密度来估算地表年龄:坑越密集,地表往往越古老。但这个方法要可靠,必须建立“坑密度—绝对年龄”的对应关系,也就是撞击坑定年模型的“校准曲线”。 问题于,过去能够用于校准的样品几乎全部来自月球正面,且多集中在约40亿年以内的年龄范围。这一结构性缺口使得科学界在月球早期撞击历史上分歧明显:有人主张撞击通量从早期到晚期单调衰减;也有人提出约39亿年前发生过“晚期重型轰击”,认为撞击在短时间内增强;还有观点认为更早阶段存在“锯齿状”的通量波动。不同假说对月球壳体形成、岩浆活动及行星动力学演化的解释路径差别很大,争论的核心正是缺少来自关键年代与关键区域的直接“锚点”。 嫦娥六号的返回样品,为弥补这一短板提供了罕见机会。2024年6月,我国探测器从月球背面南极-艾特肯盆地内的阿波罗盆地带回月壤样品。后续研究对样品获得两项关键时间信息:其一,约28亿年的年轻玄武岩,提示背面局部区域在较晚时期仍发生过火山活动或熔岩覆盖;其二,约42.5亿年的古老苏长岩,被认为与南极-艾特肯盆地形成有关的大型撞击熔融事件有关。由于南极-艾特肯盆地是月球最大、最古老的撞击构造之一,这一古老年龄为回溯月球极早期历史提供了难得的绝对年代参照。 在此基础上,研究团队将样品同位素测年与遥感统计相结合:一上对嫦娥六号着陆区玄武岩单元的撞击坑进行系统计数,另一方面扩展到整个南极-艾特肯盆地,统计直径大于1公里的坑密度,并整合阿波罗、月球号以及嫦娥五号等任务形成的历史定年数据,构建新的全球撞击坑年代学模型。其关键结论是:月球背面与正面在同等尺度上的撞击坑密度表现出高度一致性,由此推断两侧长期平均的陨石撞击通量基本一致。 这一结果带来多重影响。首先,它为建立面向全球的撞击坑定年法奠定了更坚实的统计与样品基础。过去模型更多反映正面区域的“局部标尺”,在外推至背面及更古老地层时存在不确定性。如今背面样品与坑密度的对应关系得到验证,意味着月球地表年龄的推断可更具一致性与可比性,月球地质年代框架有望从“分区标尺”迈向“全球标尺”。 其次,新模型对月球早期撞击史争议给出了更明确的约束。对比分析显示,南极-艾特肯盆地对应的年龄与“锯齿状增强”模型、以及“晚期重型轰击”假说均存在显著偏差。换言之,现有证据更支持月球早期撞击通量呈平滑衰减的整体趋势,而非在短时段发生剧烈“峰值”式动荡。若这一判断在后续样品与更多区域统计中得到更巩固,将推动科学界重新评估太阳系早期小天体群的演化过程,以及月球乃至地球早期环境受到外来撞击影响的时间尺度与强度。 对策层面,相关研究也提示下一步工作方向:一是扩大关键区域的返回样品覆盖,尤其是更古老或更具代表性的盆地与高地单元,以进一步“加密”绝对年龄锚点;二是持续提高遥感数据分辨率与坑识别精度,统一不同任务、不同区域的计数标准,降低系统误差;三是加强同位素年代学、岩石学与动力学模型的交叉验证,把单一指标的推断转化为多证据链的综合结论。 展望未来,随着月球样品类型更加多样、年代区间更完整,月球将提供更精确的“时间刻度”,服务于月球资源环境评估、着陆区安全选址与科学目标优选等任务需求。更重要的是,经由月球这一“近地样本库”重建的撞击通量曲线,也将反向支撑对火星、水星等行星表面年龄的对比研究,提升人类对太阳系早期演化的整体认知水平。
嫦娥六号样品研究的突破性进展再次证明,深空探测是推动基础科学进步的重要驱动力;这个成果不仅丰富了人类对月球演化的认知,更展示了中国航天科技的实力和自主创新能力。在建设航天强国的征程上,中国正以坚实的步伐开拓人类探索太空的新疆域,为构建人类命运共同体贡献东方智慧。