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      月亮“長”了8億歲?嫦娥五號月壤研究揭示月球“晚年生活”

      時間:2021-10-26 10:53:34|來源:中國青年報|點擊量:11939

      月亮“長”了8億歲

      嫦娥五號月壤研究揭示月球“晚年生活”

      月球很忙。作為地球唯一的自然衛(wèi)星,在繞地飛行的數(shù)十億年里,它既要受邀出席中國唐代詩人李白的酒宴,又要為20世紀中葉開啟的美蘇“太空競賽”提供活動場地,還要用自己的演化進程,幫助地球人解答“我從哪兒來,要到哪兒去”。

      然而,月球究竟“活”了多少時間,很少有人能說得清楚。

      約45億年前,月球還是個“寶寶”,一出生就是一團滾燙巖漿,向宇宙昭示著它的活力。而后歷經(jīng)數(shù)十億年的光景,月球逐漸步入“晚年”,巖漿活動逐漸停止,直到完全冷卻“死去”……昔日巖漿變成冰冷月海,將光陰的故事凝固在玄武巖里。

      此前,地球上的月球隕石,以及美國、蘇聯(lián)采集而來的月球樣本,不斷告訴人們,月球的生命特征之一——巖漿活動持續(xù)到大約28億-30億年前。但是,對于月球巖漿活動停止的確切時間,科學(xué)界一直存在爭議。

      科學(xué)家只拼湊出月球演化故事的中間部分,對于最為關(guān)鍵的“開頭”和“結(jié)局”卻知之甚少。月球的“童年”和“晚年”到底是怎樣度過的?

      最近,中國科學(xué)家通過嫦娥五號采回的月球樣品,終于破解了月球部分“晚年生活”之謎。10月19日,中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所(以下簡稱“地質(zhì)地球所”)和中國科學(xué)院國家天文臺主導(dǎo),聯(lián)合多家研究機構(gòu)在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表了相關(guān)研究的學(xué)術(shù)論文。

      這份研究顯示,人們之前想錯了,月球的巖漿活動一直持續(xù)到距今約20億年,月球的壽命比此前推測的又延長了約8億歲;更有意思的是,最新研究還發(fā)現(xiàn),放射性元素和水,在月球“延壽”這件事上可能都沒幫上忙。

      這到底是怎么回事?

      奔月前布下的“棋陣”

      要解決科學(xué)問題,首先得有研究對象,而研究月球最好的對象之一,就是“月壤”。

      在前不久舉行的中國科學(xué)院科研成果發(fā)布會現(xiàn)場,中國科學(xué)院院士、嫦娥工程顧問歐陽自遠談及“月壤”重要性時說:“‘抓土’是有講究的,嫦娥五號可不是隨便抓了一把土回來。”

      我國在2004年開啟的探月工程——嫦娥工程布局了“繞”“落”“回”三步走戰(zhàn)略。嫦娥一號、二號實現(xiàn)了“繞”月;嫦娥三號實現(xiàn)了“落”月,嫦娥四號實現(xiàn)了月球背面的軟著陸;2020年著陸在月球風(fēng)暴洋西北處呂姆克山附近的嫦娥五號,則成功完成我國首次地外天體采樣返回任務(wù),拿回了備受矚目的“月球土特產(chǎn)”。

      在此處采集“月壤”,可是大有講究。歐陽自遠表示,選擇在風(fēng)暴洋“抓土”,就是“希望對于月球距今30億年以來的歷史,增添一些我們中國科學(xué)家的突破和貢獻”。他們相信,此地有著月球上最晚形成的玄武巖,而月球“晚年生活”的故事,就藏在里面。

      可以說,這是在嫦娥五號奔月之前,就已經(jīng)布好的“棋陣”。

      這邊廂,嫦娥五號在月球精準“抓土”,那邊廂,38萬公里之外的地球人實驗室里,則在有針對性地開發(fā)能匹配月球研究課題的關(guān)鍵技術(shù)。

      為有朝一日能破解月球的奧秘,科學(xué)家們摩拳擦掌?!蹲匀弧氛撐牡耐ㄓ嵶髡?、中國科學(xué)院院士、地質(zhì)地球所研究員李獻華告訴記者,自1999年開始,中國科學(xué)院便面向地球與行星科學(xué),著手建設(shè)微區(qū)原位分析測試平臺。技術(shù)儲備就緒,他們開始“盼星星,盼月亮”。

      月球比想象中“活”得更久

      2020年12月17日,滿載月球故事的嫦娥五號返回器,終于在我國內(nèi)蒙古四子王旗安全著陸。

      之后的事情很多人都知道了。經(jīng)確認,嫦娥五號一共帶回了1731克月球樣品,這是人類時隔44年再次迎來的月球樣品。很多科學(xué)家都希望能從這些比黃金還要珍貴的樣品中“看到月球的過去”。

      半年多之后,中科院地質(zhì)地球所和國家天文臺等單位牽頭的科研團隊,獲得了第一批發(fā)放的嫦娥五號月球科研樣品中的一部分——3克月壤粉末和兩個巖屑光片。

      一個裝有黑色月壤粉末的玻璃小瓶,就這樣送到了青年研究員楊蔚和同事的手上。要給月球測定壽命,他們首先要在月球樣品中找出記載著月球“晚年生活”的玄武巖顆粒。

      但月壤粉末實在是太細了,如果處理不當(dāng),一打開瓶蓋就會被地球上的靜電效應(yīng)弄得“灰飛煙滅”。面對這些以克為單位的樣品,科研人員如履薄冰。

      楊蔚和幾位年輕同事用隔離服把自己裹得嚴嚴實實,進入超凈實驗室,對月壤樣品進行轉(zhuǎn)移和分選,“領(lǐng)導(dǎo)們就站在門外等著,大家既緊張又期待,我們操作一步就出來報告一下進展。”楊蔚說。

      很快,楊蔚和同事把僅有幾微米大小的玄武巖顆粒分離了出來。大家很興奮:這些可是記錄月球歷史的“時間膠囊”??!

      到這里,研究才剛剛開始。要讓玄武巖“開口講故事”,還要有一把能撬動玄武巖嘴巴的“鑰匙”。這把“鑰匙”,就是李獻華團隊的關(guān)鍵利器——“離子探針超高空間分辨率定年技術(shù)”。

      李獻華解釋,科研團隊改進了商用離子探針分析儀器的關(guān)鍵硬件,能夠?qū)π〉?微米的顆粒進行精確分析。有了這樣的技術(shù)儲備,科研人員才能對“超迷你”尺寸的玄武巖關(guān)鍵部位進行檢測。

      研究結(jié)果表明,嫦娥五號帶回的玄武巖形成年齡為20.30±0.04億年,這意味著,月球最“年輕”的玄武巖,形成于20億年前。進一步說,月球直到20億年前仍存在巖漿活動,這比科學(xué)家此前估算的“壽齡”,還多“活”了8億歲。

      這個結(jié)論相當(dāng)于在月球的“生長曲線”上錨定了一個新的、關(guān)鍵的時間點,填補了人類對月球“晚年”演化歷史認知的空白。

      多出來8億年,然后呢?

      科學(xué)家并未就此停下腳步,他們對月球演化提出了新問題:多出來的8億年是怎么來的,換言之,月球為什么在距今20億年前仍能保持活力?

      兩個假說被接連推翻

      月球最晚期巖漿活動的成因,一直是未解之謎。此前科學(xué)界存在兩種解釋:一種可能是,巖漿的源區(qū)中富含放射性元素,從而為產(chǎn)生巖漿提供了熱源;另一種可能是,巖漿源區(qū)中富含水,因此降低了巖石的熔點。

      為驗證源區(qū)富含放射性元素的假說,中科院地質(zhì)地球所鉆研多年的另一件利器——“超高空間分辨率同位素分析技術(shù)”登場了。

      研究結(jié)果出乎意料:科研人員并未在玄武巖樣品初始熔融時找到鉀、稀土元素、磷的“克里普物質(zhì)”等放射性生熱元素。也就是說,科學(xué)家此前誤解了月球,第一種假說就此被推翻了。

      為了驗證巖漿地區(qū)富含水的假說,科研團隊的第三件利器——“納米離子探針分析技術(shù)”派上用場。

      通過測定嫦娥五號玄武巖中的水含量和氫同位素組成,科研人員發(fā)現(xiàn),“如果按重量把源區(qū)巖石分成100萬份,水含量只占1-5份”,這表明月幔非常“干”,并不富含水。也就是說,科學(xué)家又一次誤解了月球,第二種假說也被推翻了。

      既不是放射性元素,也不是水,那么到底是什么導(dǎo)致月球壽命的延長呢?

      更多月球故事有待揭秘

      李獻華目前也不知道答案。

      他告訴記者,這一系列最新研究,對月球熱演化歷史研究提出了新的科學(xué)問題,“月球冷卻如此之慢的原因并不清楚,需要全新的理論框架和演化模型,對未來的月球探測和研究提出了新的方向。”

      讓人欣慰的是,探索月球奧秘的研究隊伍正在持續(xù)壯大。

      國家航天局嫦娥五號月球樣品專家委員會成員、中科院院士徐義剛,在中科院成果發(fā)布會當(dāng)天表示,近期,又有一批月球科研樣品發(fā)放給了科學(xué)家。有志于此的研究者可以向該委員會申請樣品。

      未來連接過去,科學(xué)家就像是時間的催化劑,總能帶來驚喜。“天地玄黃,宇宙洪荒。日月盈昃,辰宿列張。寒來暑往,秋收冬藏。”月球的生命歷程,在某種程度上預(yù)示著地球的演化軌跡,更多故事有待揭秘。

      “月球‘延壽’不是因為放射性元素和水,那到底是因為什么呢?我們的研究還在繼續(xù)。”楊蔚笑著對記者說。

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