嫦娥帶回的月壤藏著什么秘密？

張淼

2020年12月17日凌晨，歷經十多天的太空工作，嫦娥五號攜帶來自風暴洋呂姆克山的1731克月壤返回地面。在此之前，人類最近一次取得月壤樣品，還是在1976年，蘇聯月球24號登月。40多年后，中國成為全球第三個去月球“挖土”的國家。

12月19日，在國家航天局舉行的探月工程嫦娥五號任務月球樣品交接儀式上，中國科學院院長侯建國從國家航天局局長張克儉手中接過嫦娥五號樣品容器。經初步測量，嫦娥五號任務采集月球樣品重1731克。隨后，樣品抵達中科院國家天文臺月球樣品實驗室，經過稱重、抽真空、充氮氣等一系列操作后，最終轉運至“地外樣品存儲和解封室”，正式開始解封和處理。中國首次地外天體樣品儲存、分析和研究工作就此拉開序幕。

根據嫦娥五號設定的科學目標，科學家后續(xù)將對月球樣品進行系統、長期的實驗室研究，分析月壤的結構、物理特性、物質組成，深化月球成因和演化歷史的研究。

月球是地球唯一的天然衛(wèi)星，也是距離人類最近的一顆天體。月球如何形成，和地球又有什么關系？人們對月球的身世一直充滿強烈的好奇心。

20世紀以來，科學家先后提出4種不同的月球起源假說：月球和地球在同一個系統里吸積氣體和塵埃而成的“雙星吸積說”，由地球早期自轉過快而甩出去的“分裂說”，月球是地球引力所捕獲的“捕獲說”，以及月球是由其他行星撞擊地球所形成的“大撞擊說”。

其中，“大撞擊說”被越來越多的科學家所接受。

“大撞擊說”認為，約在45億年前，一顆火星大小的天體撞上了原始地球。巨大的能量使整個撞擊體和地球的外圈層物質被熔融、氣化、混合，其中一部分逐漸聚集形成了月球。

為了證明“大撞擊說”，科學家可謂竭盡全力。上世紀六、七十年代，美國阿波羅計劃陸續(xù)從月球帶回了總重達382千克的巖石，為人類了解月球提供了樣本。探測數據顯示，月球物質中揮發(fā)性組分大量丟失、金屬核很小但與地球具有相似的氧化還原程度，這一系列發(fā)現都可以成為支持“大撞擊說”的證據。

此外，月球隕石也成為了人類了解月球的一扇窗口。地球化學研究者通過對月球隕石阿波羅月巖樣品的研究發(fā)現，地球和月球上氧的同位素的組成相同。這意味著月球與地球存在相同的“基因”。

用中國月球探測工程首任首席科學家、中科院院士歐陽自遠的話說：“千真萬確，月球是地球的女兒?！?/p>

不過，阿波羅計劃在月球上取樣范圍畢竟有限，而月球隕石來源的不確定性和遙感探測獲得信息的局限性，使得對月球起源的研究總是“隔靴搔癢”。只有從月球上更多的地方挖回來“真土”，才能夠得到更多有關“大撞擊說”的證據。

在美蘇探月之后，時隔半個世紀，嫦娥五號承擔起這一重任。經過約38萬公里，一周左右的地月轉移、近月制動、環(huán)月飛行之旅，2020年12月1日晚，嫦娥五號探測器穩(wěn)穩(wěn)降落在月球正面風暴洋北部呂姆克山、夏普月溪附近。這是中國探測器第三次在月球表面成功軟著陸，也是人類探測器首次踏足月球上的這一區(qū)域。

著陸后，嫦娥五號在月面工作近19個小時，順利完成月球鉆取采樣及封裝。

根據前期遙感影像資料，嫦娥五號著陸區(qū)是13億～20億年前形成的玄武巖，不同于以往人類登月時降落的9個地點，和月球45億年的年齡相比，這里是非?！澳贻p”的地區(qū)。此前，嫦娥四號在月球背面更加古老的南極-艾特肯盆地著陸，那里被認為在42億～43億年前便已形成。

“巖漿洋假說”可以被視為大撞擊的結果之一，也是證實“大撞擊說”的重要拼圖。

據國際學術期刊《科學》在1970年1月刊登的一篇文章，美國史密森尼天文臺的研究人員在1676塊月球巖石碎片中發(fā)現了61塊斜長巖，特別是在月球上表面明亮的高地勢地區(qū)。這些新發(fā)現給了他們極大的啟示——斜長巖的密度較小，在巖漿中能夠漂浮在頂部。據此，他們提出一種新的月球演化模型，即“巖漿洋假說”。這一假說指的是，大撞擊后形成的月球被一層全球性的巖漿覆蓋，形成了約400公里甚至更深的巖漿洋。

這是一幅無比壯觀又難以想象的畫面：在距離我們最近的一顆星球上，曾經覆蓋著漫無邊際、熾熱的巖石熔融體。好比一鍋熱湯，剛開始冷卻的時候，更重的物質橄欖石和輝石首先結晶析出，堆積在最底部，然后輕一些的斜長石結晶漂浮到月球表面聚集形成斜長巖高地。

2019年5月，就在嫦娥四號抵達月球半年后，中科院國家天文臺研究員李春來帶領的團隊在《自然》上發(fā)表相關結果。嫦娥四號在就位光譜探測中發(fā)現了來自月球深部的橄欖石和低鈣輝石。這不僅直接揭示了月幔物質的組成，也成為支持“巖漿洋假說”的有力證據。

另一項有力證據來自于嫦娥三號探測到的信號。隨著巖漿洋“熱湯”不斷冷卻固化，殘留巖漿中的不相容元素含量逐漸升高，最終留下富集鉀、稀土元素、磷的特殊月巖——“克里普巖”。

2015年，根據“玉兔號”發(fā)回的微量元素信息，中科院地質與地球物理研究所研究員林楊挺團隊推斷，“嫦娥三號”著陸區(qū)的玄武巖含有10%～20%“克里普巖”物質。不過，要證實“克里普巖”的確存在，還需要更加確鑿的數據，比如從月球樣品中直接得到它的化學成分。

科學家期待，嫦娥五號帶回的月球樣品，將講述一個關于月球晚年的故事。年輕的風暴洋能夠更多富集鈾、釷、鉀等放射性元素，對其開展高精度年代學分析，結合微量元素和穩(wěn)定同位素信息，有望對月球內部冷卻歷史及其巖漿演化晚期過程，給出更精確的描述。