月球演化歷史被刷新

希區(qū)客

2020年12月，“嫦娥五號(hào)”帶著1731克月壤樣本返回地球。2021年7月，部分樣本分31份發(fā)放給了13家科研機(jī)構(gòu)。不久后，關(guān)于這些“最年輕”月球玄武巖的第一批研究成果發(fā)布。2021年10月8日，《科學(xué)》雜志在線刊發(fā)了一項(xiàng)由中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所北京離子探針中心劉敦一團(tuán)隊(duì)完成的關(guān)于月球玄武巖年代和成分的分析成果。

再觸月球溫度

隨著“嫦娥五號(hào)”勝利完成中國(guó)的首次地外天體采樣返回任務(wù)，中國(guó)也因此為第三個(gè)具備采集月球樣品能力的國(guó)家。而人類在44年后，也再次觸摸到了月球的溫度。時(shí)隔半個(gè)世紀(jì)，全世界都對(duì)這次新帶回的月壤樣品非常好奇，想知道月壤與地球土壤的區(qū)別。此次采集的月球樣品成分包括了火山巖石碎屑，還有大量玻璃碴等物質(zhì)，令人倍感意外。

美國(guó)曾經(jīng)在6個(gè)登月點(diǎn)共采集了381.7千克的月球樣品，蘇聯(lián)則在3個(gè)登月點(diǎn)分別采集了大約300克的月球樣品。然而，月球面積廣大，足足有3800萬平方千米，達(dá)到了中國(guó)陸地面積的4倍。而“嫦娥五號(hào)”此次在月球的著陸點(diǎn)，位于月球最大的月?！帮L(fēng)暴洋”，人類探測(cè)器從未在此登陸，采樣點(diǎn)具有和美、蘇月球采樣點(diǎn)不同的地質(zhì)背景，當(dāng)?shù)鼗鹕交顒?dòng)也更加活躍，這為研究月球地質(zhì)演化提供了更好的研究對(duì)象。

月壤主要分為3種顏色的顆粒，分別是褐色、黃色、白色，各種顆粒成分有玻璃、橄欖石、長(zhǎng)石以及輝石等。其中，石粒碎屑是被火山噴發(fā)至月球表面，而玻璃顆粒很有可能是行星撞擊地球后飄散到太空的聚集產(chǎn)物，經(jīng)高溫熔化而成。這些采集的月壤樣品，顆粒質(zhì)地都較為微細(xì)，卻像刀尖一般鋒利。

初探風(fēng)暴洋

分析發(fā)現(xiàn)，這些玄武巖樣本只有19.6億年的歷史。換言之，19.6億年前的月球還存在巖漿活動(dòng)。該結(jié)果直接將月球的地質(zhì)壽命延長(zhǎng)約10億年——科學(xué)家此前認(rèn)為月球在29億年前就已“死亡”（這里“死亡”指的是月球內(nèi)部不再活躍，月球巖漿不再爆發(fā)，地質(zhì)趨于穩(wěn)定），因?yàn)檫^去的登月飛船，例如“阿波羅號(hào)”，帶回的巖石樣本的壽命都超過30億年。之所以能獲得這么年輕的巖石，很大原因在于“嫦娥五號(hào)”此次采集任務(wù)的目的地是月球最年輕的區(qū)域——風(fēng)暴洋。

論文第一作者車曉超博士等人測(cè)得的最新月球年齡令人激動(dòng)，因?yàn)樗C明火山活動(dòng)在月球這么小的天體冷卻后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)仍在繼續(xù)。那么，現(xiàn)在要思考的問題是：什么樣的熱源可能支持月球冷卻后的火山活動(dòng)？

首先可以推斷的是，能量源頭應(yīng)該不是集中的放射性衰變，因?yàn)椤版隙鹞逄?hào)”樣本中不包含大量與這種效應(yīng)相關(guān)的化學(xué)元素。

論文作者之一、英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的凱瑟琳·喬伊博士推測(cè)：“我們?cè)谡撐闹杏懻摿艘环N可能情況，是由于月球與地球的軌道相互作用，月球或許能夠保持更長(zhǎng)時(shí)間的活躍狀態(tài)。可能月球在其軌道上來回?cái)[動(dòng)，導(dǎo)致了我們所說的潮汐加熱。所以，這有點(diǎn)像月球在地球上產(chǎn)生海洋潮汐，也許地球的引力效應(yīng)可以拉伸和彎曲月球以產(chǎn)生摩擦熔化。”

看坑定年份

除了證明月球地質(zhì)活動(dòng)的時(shí)間比預(yù)期的更晚，新研究的另一個(gè)重大意義在于：它幫助科學(xué)家校準(zhǔn)了用于確定行星表面年代的隕石坑計(jì)數(shù)技術(shù)。

科學(xué)家認(rèn)為，他們?cè)诒砻嫔峡吹降碾E石坑數(shù)量越多，該地區(qū)的年代就必定越久遠(yuǎn);反之，隕石坑越少，該區(qū)域的形成時(shí)間也就越晚。可這種看坑定年份的技術(shù)必須以一些從測(cè)量樣本中得到的絕對(duì)日期為基礎(chǔ)，而對(duì)月球來說，定日期的難度很大。鑒于此，“嫦娥五號(hào)”帶回的樣本等于是在1億～30億年的區(qū)間內(nèi)提供了精確的坐標(biāo)，其重要性不言而喻。

來自美國(guó)華盛頓大學(xué)的布拉德·喬利夫教授是該論文的另一作者。他希望中國(guó)將下一次樣本采集任務(wù)定位到月球背面的南極—艾托肯盆地（月球最大的撞擊坑）——這個(gè)巨大的坑地直徑約2500千米，深達(dá)8千米，由月球歷史早期的一次超級(jí)大撞擊造成。如果“嫦娥六號(hào)”去南極—艾托肯盆地，它將為我們帶回月球上最古老的大撞擊坑的年齡——或許是40億～45億年。目前，我們還不知道當(dāng)時(shí)那個(gè)超級(jí)撞擊物的熔化量是多少，來自南極—艾托肯盆地的樣本有可能回答這個(gè)問題。

利用價(jià)值大

相比于美國(guó)此前贈(zèng)送給中國(guó)的月壤樣品，不同的是美國(guó)樣品中并不存在玻璃，而這也是因?yàn)椴杉瘶颖绢愋筒煌鶎?dǎo)致的。

而說到月壤，一般國(guó)人會(huì)想到，這是不是能夠在月球上種菜呢？月壤成分主要由氧、硅、鐵等元素組成，不過缺乏有機(jī)質(zhì)、水等植物賴以生存的重要成分。另外，月球上的光照、溫度等極端環(huán)境條件，加之真空和高度輻射的環(huán)境，植物要想生存，以目前的技術(shù)來看，無異于天方夜譚。

不過，科學(xué)家表示，經(jīng)過改良的月壤，添加必要的養(yǎng)分后，有可能打造出適合植物生長(zhǎng)的環(huán)境。

但用月壤來種菜，著實(shí)大材小用了一點(diǎn)，其實(shí)它蘊(yùn)含著豐富的能源。太空中長(zhǎng)期的太陽風(fēng)，使得月壤中攜帶了大量的可作為清潔能源的氦-3，規(guī)模總計(jì)有100萬～500萬噸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了地球上的儲(chǔ)量。打個(gè)比方來說，100噸氦-3攜帶的能源量，就已經(jīng)達(dá)到了目前全球能源一年消耗總量，可見月壤在利用價(jià)值上的前景廣闊。