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10月19日，中国科学院发布嫦娥五号月球科研样品最新研究成果。中国科学院科学传播局科技摄影联盟供图
嫦娥五号月壤样品。中国科学院科学传播局科技摄影联盟供图
10月19日，中国科学院发布了嫦娥五号月球科研样品最新研究成果。
月球上火山活动何时停止？曾经的岩浆活动如何维持？月幔到底有多“干”？嫦娥五号月球样品具有怎样的特征？能否解答上述问题？中国科学院地质与地球物理研究所（以下简称地质地球所）和国家天文台主导，联合多家研究机构通过三篇《自然》论文和一篇《国家科学评论》论文，报道了围绕这些重要科学问题取得的突破性进展。研究证明嫦娥五号月球样品为一类新的月海玄武岩，对着陆区岩浆年龄、源区性质给出全新的认识，月球最“年轻”玄武岩年龄为20亿年，其晚期岩浆活动的源区并不富集放射性元素，并且月幔源区几乎没有水。
对来自美国、前苏联的月球样本和地球上月球陨石的研究已证实，月球的生命特征之一——岩浆活动至少持续到大约28亿年至30亿年前，古老的岩浆喷发活动留下的黑色玄武岩形成了所见的“月海”。但是，对于月球岩浆活动停止的确切时间，科学界一直存在争议。
在最新的研究中，科研人员利用超高空间分辨率铀-铅（U-Pb）定年技术，对嫦娥五号月球样品玄武岩岩屑中50余颗富铀矿物（斜锆石、钙钛锆石、静海石）进行分析，确定玄武岩形成年龄为20.30±0.04亿年，证实月球最“年轻”玄武岩年龄为20亿年。也就是说，月球直到20亿年前仍存在岩浆活动，比以往月球样品限定的岩浆活动停止时间延长了约8亿年。
中国科学院院士、地质地球所研究员李献华介绍，科学家曾以一种统计区域撞击坑的大小和数量的方法，推断嫦娥五号着陆区是月球最年轻玄武岩单元之一，这一区域的年龄为10亿年至30亿年，这种方法存在着极大不确定性。此次嫦娥五号玄武岩的精确年代学数据为撞击坑统计定年曲线提供了关键锚点，将大幅提高内太阳系星体表面的撞击坑统计定年精度。此次研究采用的超高空间分辨率的定年和同位素分析技术处于国际领先水平，为珍贵地外样品年代学等研究提供了新的技术方法。
同时，月球最晚期岩浆活动的成因一直是未解之谜，目前科学界存在两种可能的解释：岩浆源区中富含放射性元素以提供热源，或富含水以降低熔点。最新研究基于地质地球所研发的超高空间分辨率同位素分析技术，取得了意料之外的结果：嫦娥五号玄武岩初始熔融时并没有卷入富集钾、稀土元素、磷的“克里普物质”（这几种元素在地球化学上被称为“不相容元素”，意为不容易进入到固体中的元素），嫦娥五号样品富集克里普物质的特征，是由于岩浆演化过程中经过大量矿物结晶固化后，残余部分富集而来。这一结果排除了嫦娥五号着陆区岩石源区富集放射性生热元素的假说，揭示了月球晚期岩浆活动过程。
对于岩浆源区是否富含水，科研团队利用地质地球所纳米离子探针研发的分析技术，测定了嫦娥五号玄武岩中的水含量和氢同位素组成，并获得月幔源区的水含量仅为1-5微克/克，也就是说月幔非常的“干”。李献华指出，这一发现也排除了月幔初始熔融时因源区水含量高而具有低熔点，导致该区域岩浆活动持续时间异常延长的猜想。
中国科学院院士、中国月球探测工程首席科学家欧阳自远表示，对于月球研究来说最重要的问题是研究月球科学的发展、月球演化历史等。现在全世界月球研究最重要的问题被中国破解，这次科研成果显示了中国科技人员的高水平。
此前各国一系列月球探测表明，月球的历史大约在距今30亿年至40亿年。往前，没有发现比40亿年更古老的岩石；往后，也没有比30亿年更年轻的火山熔岩。欧阳自远表示，中国的嫦娥四号和嫦娥五号就是要去别人没去过的地方，回答月球演化“一老”“一新”两大科学问题。嫦娥四号实现了人类首次月球背面软着陆。之所以选择去人类从未去过的月球背面，就是想搞清楚月球40亿年前的历史。嫦娥五号的着陆点位于月球正面最大的月海——风暴洋东北角吕姆克山脉附近，此地从未有其他国家的探测器到访过。通过对嫦娥五号带回的样本证实这段时间月球仍在活动，那么月球就不像我们之前所认识的那样，在距今30亿年时已经“死亡”了。此次研究成果把月球演化历史延长了。
据悉，该系列成果对月球热演化历史研究提出了新的科学问题，月球冷却如此之慢的原因并不清楚，需要全新的理论框架和演化模型，对未来的月球探测和研究提出了新的方向。
这是首批由我国科学家主导独立完成的嫦娥五号月球科研样品研究成果，充分彰显出中国科学家的科研水平和创新能力。这些成果得到国际专家的高度评价，美国新墨西哥大学月球与行星科学研究所的查尔斯·席勒高级研究员、卡内基研究所理查德·加尔森研究员等认为该系列成果“提供了迄今为止月球上确定的最年轻的玄武岩的证据”“改变了我们对月球的热历史和岩浆历史的认识”“对我们认识月球起源和演化具有重要的意义”。
中国科学院高度重视月球科研样品研究工作，第一时间组织全院月球和行星科学领域的科研人员，开展多学科交叉的优势队伍协同攻关，全面开展嫦娥五号月球科研样品综合分析和研究，于2021年5月正式设立重点部署项目“嫦娥五号任务月球科研样品综合研究”。该项目以月球科研样品的基础物理特性、物质成分为研究对象，解构嫦娥五号月球科研样品的特性信息。此次发表的4篇文章，是该项目取得的首批研究成果。
中国科学院还积极推动嫦娥五号月球科研样品分析研究的国际合作交流。目前，基于中法两国科学家在空间领域的长期友好合作基础，中国科学院和法国空间研究中心以及法国科研中心在月球样品合作研究方面已经初步达成共识，双方将以人员交流和共同研究项目的形式开展互补合作。未来中国科学院还将继续加强与国际科技界在月球样品研究方面的交流与合作。