嫦娥五号首批样品中隐藏的月球密码
2021-12-13 16:47·
2020年12月 ， 我国首次月球采样返回任务——嫦娥五号 ， 在月球正面的风暴洋北部一举成功返回了1731克样品 。 这是继1976年苏联“月球（Luna）24号”最后一次月球采样任务44年之后再次返回月球样品 ， 也是人类首次在月表最年轻火山岩区进行采样 。 那么嫦娥五号首批月球样品为我们揭示了哪些重大科学问题呢？
月球迄今最年轻的火山活动记录
如果把火山活动产生的岩浆比喻为一颗星球的“血液” ， 那么“血液”最后一次流动的时间代表星球的地质寿命结束的时间 。 地球体积大能量足 ， 至今依然有火山活动 。 火星（直径约为地球的一半）在2亿年前停止火山活动 ， 成为一颗死亡星球 。 月球（直径约为火星的一半）是何时死亡的一直是科学家们关心的问题 。
精准的放射性同位素定年结果显示 ， 美国Apollo和苏联Luna返回样品的年龄大于30亿年 ， 月球陨石的年龄大于28亿年 。 中国科学家对嫦娥五号首批月球样品的47块不同结构的玄武岩碎屑进行了分析统计 ， 利用自主研发的超高空间分辨率铀（U）-铅（Pb）定年技术 ， 对3微米以上的51颗含锆矿物（斜锆石、钙钛锆石、静海石等）进行了离子探针分析 ， 最终得到了一个精确的年龄：20.30%uB10.04亿年 。 这一发现将月球最年轻的玄武岩样品年龄更新为20亿年前 ， 意味着月球“血液”流动的时间（即月球的地质寿命）延长了8 - 9亿年 。
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地球、火星和月球（等比例）直径大小与火山活动持续时间对比 ， 可以看出 ， 星球体积越小 ， 地质寿命越短 ? 图源：紫金山天文台
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类地行星撞击坑统计定年关键锚点
月球是一部太阳系45亿年的行星暴力史书 ， 完整地记录并保留了整个历史时期的小行星撞击事件 。 通常来说 ， 月球上地质单元的年龄关系简单地遵循叠加定律：上层的岩石更年轻 ， 下层的岩石更古老 。 另外 ， 小行星撞击月表是随机发生的 ， 所以理论上任何一块月面被撞击的几率都是相等的 。 更古老的地区 ， 会积累更多的撞击坑 ， 由此形成了一种利用撞击坑分布密度估算行星的表面年龄的方法——撞击坑统计定年法 。
得益于美国6次阿波罗计划（返回样品381.69 kg）和苏联3次月球计划（321 g） ， 科学家们用返回样品的绝对年龄将相应的地质单元进行标定 ， 建立了撞击坑统计定年曲线 。 然而 ， 由于缺乏年轻的月球样品 ， 定年曲线在10-30亿之间没有定标点 。 嫦娥五号样品正好填补了这一空白 ， 为这条定年曲线在20亿年处提供了一个关键锚点 ， 极大地提高了撞击坑统计定年方法的精度 。 这不仅可以帮助科学家更好地确定月球表面其他地区的地质年龄 ， 还可以用来确定水星、金星、火星和小行星等类地行星表面的地质年龄 。
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