英國《自然》雜志網(wǎng)站3月16日刊文指出,2020年12月,中國的嫦娥五號返回器帶回了近2公斤月球樣品,這些月球巖石引爆了中國科學(xué)家的研究熱潮,他們正對其開展研究,以揭示月球的進化歷史。
引發(fā)研究熱潮
中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所(IGG)研究員李獻華此前的主要研究方向是地球上的熔融巖石。但當(dāng)嫦娥五號將中國第一批月球巖石帶回地球后,李獻華轉(zhuǎn)而開始研究這些巖石。
李獻華是中國許多首次有機會研究月球巖石的科學(xué)家之一。這些巖石樣本是自40多年前美國國家航空航天局的阿波羅任務(wù)和蘇聯(lián)的探月任務(wù)以來人類首次帶回的月球樣品。
目前中國很多科學(xué)家正對嫦娥五號樣品開展研究,以了解月球的演化歷程。初期研究結(jié)果令科學(xué)家們興奮不已。在過去6個月里,他們已經(jīng)發(fā)表了6篇關(guān)于嫦娥五號樣品的論文。上周,在美國德克薩斯州休斯頓舉行的月球和行星科學(xué)大會上,其中有一個關(guān)于中國探月任務(wù)的論壇,科學(xué)家們提交了大約十幾項研究成果。
美國圣母大學(xué)土木工程和地質(zhì)科學(xué)教授克利夫·尼爾曾與中國科學(xué)家一起研究嫦娥五號的樣品,他說:“有很多年輕的中國研究人員參與進來,這些月球巖石令人興奮,因為它們是科學(xué)家們研究月球巖漿活動不同時期的一個窗口!
最年輕的月球巖石
嫦娥五號任務(wù)從月球北部風(fēng)暴洋東北角的玄武巖區(qū)域采集了這批約1731克月球樣品。之所以選擇這個地點,部分是因為它可能包含有比蘇聯(lián)的月球任務(wù)和阿波羅任務(wù)探訪的地區(qū)更年輕的火山物質(zhì)?茖W(xué)家們希望,更年輕的地點能讓他們了解月球開始冷卻但仍有火山活動時的“模樣”。
中國科學(xué)院發(fā)布的嫦娥五號月球科研樣品最新研究成果證明,嫦娥五號月球樣品為一類新的月海玄武巖,填補了美國和蘇聯(lián)月球采樣任務(wù)的“空白”。研究表明,月球直到20億年前仍存在巖漿活動,晚期巖漿活動的月幔源區(qū)并不富含放射性生熱元素,而且非常“干”。多項突破性進展給出了對月球演化的全新認(rèn)識,對未來的月球探測和研究提出了新的方向,得到國際專家高度評價。
去年7月,中國國家航天局向中國多名科學(xué)家分發(fā)了首批樣品。他們從85項申請中選出31項科學(xué)項目,分發(fā)了約17.5克細(xì)粒粉末和固體巖石。接下來,又有幾輪申請希望研究月球樣本。
第一批研究團隊確定了月球巖石的年代。去年10月7日,一個研究小組報告稱,這批玄武巖的年齡為19.6億年(誤差不超過5700萬年)。不到兩周,包括李獻華在內(nèi)的另一個研究小組證實了這個日期,估計這批玄武巖的年齡為20億年(誤差不超過400萬年)。
這些研究結(jié)果證實,月球那時仍處于火山活動狀態(tài),比阿波羅任務(wù)取回的巖石顯示的火山活動峰值晚了近10億年。
月球火山活動令人困惑
是什么造成了這些火山活動呢?
一種基于衛(wèi)星觀測的理論認(rèn)為,在月幔中發(fā)現(xiàn)的能生熱放射性元素,如鉀和釷,可能是引發(fā)火山活動的推手。但當(dāng)IGG的另一個團隊檢查月球玄武巖時,他們否認(rèn)了這一點。
科學(xué)家們給出的另一種解釋是:月幔內(nèi)含有足夠的水,可以降低物質(zhì)熔化的溫度,使巖漿更容易噴發(fā)。但IGG的行星科學(xué)家林楊挺及其同事發(fā)現(xiàn),這些月球巖石可能來自相對干燥的地方。
月球火山活動的熱源問題也讓科學(xué)家們困惑不已。對此林楊挺說:“我還沒有找到答案”。
中國科學(xué)院南京紫金山天文臺研究員徐偉彪說:“這是一個非常大的科學(xué)問題,要弄清楚這一點,我們需要進一步了解月球的演化歷史”。徐偉彪收到了兩小塊月球樣品,目前正試圖弄清楚這個問題。
北京大學(xué)地球化學(xué)家唐銘說:“我們正在探索所有的可能性”。唐銘也收到了兩塊微小的玄武巖顆粒,并將對它們進行分析,以更好地了解產(chǎn)生它們的壓力和溫度。唐銘之前研究過地球上火山的巖漿,他說:“月球樣品對我和其他許多有興趣拓展自己研究領(lǐng)域的中國科學(xué)家來說是一個很好的機會”。
目前,關(guān)于月球火山熱源的理論比比皆是。但徐偉彪表示,將有很多團體試圖解開這個謎團,并獲得更多有關(guān)月球的信息。自從嫦娥五號樣本到達地球后,他看到許多研究人員加入了這一領(lǐng)域。今年,他的實驗室收到了很多希望加入他們研究課題的申請,超出了他們的預(yù)期,“以前從未出現(xiàn)過這種情況”。
林楊挺希望更多研究人員參與進來。未來十年內(nèi),中國計劃開展一次月球南極樣本返回任務(wù)以及另一次火星樣本返回任務(wù)。
“二三十年前,這只是一個夢想,現(xiàn)在已經(jīng)實現(xiàn)了”李獻華表示。