围绕“月球早期巨型撞击能在多大程度上改造月球深部物质、进而塑造正背面差异”这一长期悬而未决的科学问题,来自中国科学院地质与地球物理研究所的田恒次研究员团队近日发布研究进展。
团队基于嫦娥六号任务获取的月球背面样品,完成毫克级玄武岩单颗粒的高精度钾同位素测定,提出南极-艾特肯盆地形成事件可能触发月幔中等挥发性元素流失的新解释。
相关成果发表在国际学术期刊《美国国家科学院院刊》。
问题在于:月表遍布的撞击坑与盆地已表明撞击是塑造月球表层面貌的重要外动力,但“撞击是否能够改变深部月幔的化学组成”过去缺乏直接证据。
一方面,月球深部样品稀缺,另一方面,许多地球化学信号可能被后续岩浆活动、宇宙射线照射等过程叠加或改写,使得早期事件的“原始记录”难以辨识。
嫦娥六号从月球背面南极-艾特肯盆地相关区域带回样品,为追溯巨型撞击效应提供了关键材料支撑。
原因分析指向同位素“指纹”。
中等挥发性元素如钾、锌、镓等,在高温条件下更容易挥发,并在挥发与冷凝过程中产生同位素分馏,因此可作为识别高能事件与热历史的重要工具。
本次研究的核心发现是:嫦娥六号玄武岩的钾-41/钾-39比值整体高于来自月球正面的阿波罗样品。
为确认该差异是否源自非撞击因素,研究团队对可能影响同位素组成的多种环节进行排查与对比,包括宇宙射线暴露效应、岩浆分异与后期蚀变等。
综合证据表明,样品所呈现的同位素偏重特征更符合“高温挥发导致轻同位素优先逃逸、残余物质富集重同位素”的过程逻辑,从而将异常信号与南极-艾特肯盆地的巨型撞击联系起来。
影响层面,这一结论为理解月球正背面地质演化差异提供了新的物质依据。
南极-艾特肯盆地是月球规模最大的撞击盆地之一,其形成可产生瞬时超高温高压环境,既可能造成局部或区域尺度的挥发分损失,也可能改变月壳—月幔结构与热状态。
挥发分减少意味着月幔部分熔融所需条件更苛刻,岩浆的生成与运移效率可能降低,从而在时间尺度上抑制背面后期火山活动的持续性与强度。
该机制与月球正面玄武质火山岩更为广泛分布、背面火山活动相对有限的观测事实形成可检验的解释框架,也为讨论“月球二分性”提供了可量化的地球化学线索。
对策层面,进一步厘清这一机制仍需多学科、多手段协同推进。
首先,需要将钾同位素与锌、镓等其他中等挥发性元素同位素体系联合起来,建立更完整的挥发分演化谱系,以降低单一指标解释的歧义。
其次,应加强样品岩相学、矿物学与年代学约束,把同位素信号与具体岩浆事件、源区特征和冷却历史对应起来,避免将多期事件叠加误判为单次撞击效应。
再次,可结合数值模拟与实验岩石学,量化巨型撞击在不同能量、不同初始挥发分含量条件下对月幔化学与热结构的影响阈值,为从“现象描述”走向“机制定量”提供支撑。
前景判断上,嫦娥六号样品研究有望推动月球科学从“表层地质记录”向“深部过程约束”延伸。
随着后续样品的精细分析与数据开放共享,科研界可在更高分辨率上重建月球早期的撞击历史、月幔挥发分收支与热演化路径,并与其他行星体的撞击演化进行对比,进而完善对太阳系早期高能事件影响行星分异与地质活动的总体认识。
对我国深空探测而言,这类基于样品的高精度分析不仅增强了国际前沿问题的解释力,也将为后续任务的着陆区选择、科学载荷配置与采样策略提供更具针对性的参考。
嫦娥六号的这一科学成果充分体现了我国月球探测工程的战略价值。
通过采集月球最极端地区的样品,结合先进的实验分析技术,我们正在逐步解开月球演化的深层谜团。
这不仅深化了人类对月球的认识,也为揭示地月系统乃至太阳系的形成演化历史提供了重要窗口。
随着后续研究的深入,这些来自月球背面的样品必将继续释放更多科学信息,引领我们进一步走进月球的奥秘。