近日，中國科學家采用嫦娥六號采回的月球背面樣品做出的首批兩項獨立研究成果，分別刊登在國際學術期刊【自然】與【科學】雜誌。兩項研究首次揭示 月球背面約28億年前仍存在年輕的巖漿活動 ，這一年齡填補了月球玄武巖樣品在該時期的記錄空白。其中一項研究表明 月背巖漿活動42億年前就存在 ，至少持續了14億年。這些研究為人們了解月球演化提供了關鍵科學證據。
國際科學界透過阿波羅任務、Luna任務等認識到月球正面最古老的月海火山活動可以追溯至40億年前。2021年以來，中國科學家透過嫦娥五號返回的月壤樣本，證明月球正面20億年前仍然存在較大規模的巖漿活動，並利用嫦娥五號樣品中的火山玻璃珠揭示了月球正面甚至在1.2億年前還存在小規模的火山活動。
由於月球具有「二分性」，月球正面和背面在形貌、成分、月殼厚度、巖漿活動等方面存在顯著差異，但其形成機制仍然懸而未決，是月球科學研究中亟待解決的關鍵問題。
此前，科學界對於月球背面的認識主要基於遙感研究，2024年6月25日，中國嫦娥六號月球探測器在人類歷史上首次攜帶1935.3克月球背面樣品返回地球，這些樣品采集於月球背面的南極-艾特肯盆地， 該盆地是月球上最大、最深且最古老的盆地，為厘清月球正面和背面物質組成的差異、破解月球「二分性」之謎提供了難得的機遇 。
月海玄武巖由月幔發生部份熔融產生的巖漿上升噴發至月表形成，是探索月球內部物質組成和熱演化的重要視窗。因此嫦娥六號返回樣品研究的首要任務就是確定玄武巖巖屑的年齡和巖漿源區性質。
在發表於【自然】的研究中，中國科學院院士、中國科學院地質與地球物理研究所研究員李獻華和研究員李秋立，與來自中國科學院國家天文台的研究團隊根據5克月壤中分選出大於300微米的108顆玄武巖巖屑定年研究的結果，揭示嫦娥六號著陸點28（28.07±0.03）億年前存在火山活動，且巖漿來自虧損克里普物質（KREEP，富集鉀（K），稀土（REE）和磷（P）等元素的物質）的源區；其中一顆高鋁玄武巖巖屑揭示42億年前存在來自富集克里普物質源區的火山活動。
綜合來看， 月球背面火山活動至少持續了14億年以上 ，且月幔源區經歷了從克里普物質富集到虧損的轉變。此外，同位素定年結果與撞擊坑統計定年結果基本一致，指示了月球正面和背面遭受隕石撞擊的概率相當。
【自然】多位審稿人指出這是一項「令人興奮」的研究，研究團隊采取細致謹慎的態度 首次對月球背面玄武巖進行了地質年代學分析 ，提供了高質素、高水準的數據。其中一位審稿人表示：「這是第一個來自嫦娥六號樣本的地質年代學研究，對月球和行星科學界具有重要意義，也會引起更廣泛的關註。」
▲嫦娥六號返回月壤樣品中記錄的兩期玄武質火山活動及其月幔源區性質示意圖
在發表於【科學】的研究中，中國科學院院士、中國科學院廣州地球化學研究所研究員徐義剛和高級工程師張樂領銜的團隊對玄武巖屑中微小含鋯礦物（<5微米）以及斜長石和晚期填隙物開展了同位素分析，標定嫦娥六號低鈦玄武巖形成於距今28.3億年前的火山噴發，並指示其具有一個十分虧損不相容元素的月幔源區。這樣的月幔源區難以發生顯著規模的熔融及相應的玄武巖火山活動，並最終導致了南極-艾特肯盆地內缺乏大規模的月海玄武巖。
傳統觀點認為，月球背面的月殼較厚，抑制了月海玄武巖噴發，導致月球正面和背面的月海分布不對稱。但這不能解釋為什麽月殼很薄的南極-艾特肯盆地也匱乏大規模的月海玄武巖。此次研究表明，月海玄武巖的分布除受月殼厚度影響外，月幔源區的物質組成也是重要的控制因素。
【科學】雜誌審稿人認為，該研究報道了從月球背面返回的嫦娥六號月壤中的玄武巖巖屑的巖相分析、高精度年齡和同位素特征。這些樣品是首次在月球背面采集的，因此為認識整個月球的地質歷史提供了獨特的視角。「研究結果新穎，它們將引起廣大讀者的興趣。」一位審稿人寫道。
來源/中科院之聲
編輯 /王瑞琪
稽核/李淑姮
監制/索阿娣
