2月28日，由國家航天局組織，中國地質科學院地質研究所離子探針中心牽頭組成的聯合研究團隊，發布了嫦娥六號月球背面樣品的最新研究成果，相關論文在國際學術期刊《科學》上發表，該成果為人類研究月球起源與演化等重大科學問題提供了關鍵科學依據。

現在大家提到月亮，總會不自覺地與“涼”“水”“冷”聯系在一起，如果時間回到 45 億年前，“火熱的月亮”很可能才是常態，而且之后相當長的時間里都是如此。

為什么這么說呢？月球的起源和演化到底是怎么回事？今天就來講講那些嫦娥六號和它帶回家的月壤樣品帶回來的訊息。

月亮，曾是夜空中的大火球？

月球是如何誕生的？

原來的主流科學理論認為：大約 45 億年前，一顆跟火星差不多大的原始行星與形成未久的原始地球撞到了一起，噴濺出的物質在引力作用下迅速匯集，不到一年就形成了原始月球。相比于幾十億年的時光，這可真稱得上“一眨眼功夫”，無數撞擊碎片的引力勢能轉化成大量熱能，被囚禁在月球小小的身軀中，只有通過表面輻射才能慢慢散到太空中去。因此，原始月球的溫度非常高，表面都是熔融的巖漿洋。

巖漿洋結晶分異與克里普巖的形成 · 圖源Yizhengillustration

根據這個理論，隨著巖漿洋逐漸冷卻，它的礦物成分陸續結晶分離。其中，比較致密的礦物（如橄欖石、輝石等）沉入深處構成月幔，較輕的礦物（如斜長石）浮向表面形成月殼。還有一些元素受自身離子特性限制，很難進入造巖礦物晶體結構，于是在巖漿中一直耗著，最終不情不愿地凝結在早已成形的月幔和月殼的夾縫之間。

這些“不相容元素”以鉀（K）、稀土元素（Rare Earth Elements, REE）和磷（P）為代表，連寫就是 KREEP，漢譯“克里普巖”。克里普巖中還富集鈾、釷等放射性元素。而克里普巖，就是巖漿洋存在的重要證據，可以說月球上發現克里普巖的地方，就意味著存在過巖漿洋。

巖漿洋理論也受到了包括我國嫦娥五號月壤樣品及多個其他國家的月球研究成果支持。支持證據很豐富，包括斜長石含量超過 90% 的月陸巖石樣品，以及月壤中的克里普巖組分。

然而，這個理論還不夠令人放心，因為之前采集的樣品均來自月球正面，可是月球正面和背面不但外表“判若兩月”，遙感分析也發現月球正面和背面的物質構成差異很大，尤其是富含克里普巖的區域集中在正面的風暴洋地塊。那么問題來了：看來巖漿洋至少確實在月球正面存在過，但它是否曾遍及全月？月球的正面和背面為何有這么大差異？如果沒有來自月球背面的樣品，就好比拼圖缺了一半。

而在對嫦娥六號采集的月球背面樣品進行的一項新研究中，就找到了拼圖另一半的關鍵幾片。這項研究為月球在誕生后的早期階段完全被熔融“巖漿洋”覆蓋的假說提供了關鍵證據，可以推進對月球的起源和演化的理解。

釷元素指示的克里普巖分布，左月球正面，右月球背面 · 圖源 NASA

嫦娥六號樣品，研究出了啥？

先總結一下，這次的一個主要成果，就是從月背帶回來的月壤樣品中發現了克里普巖，這證明了月球背面也存在過巖漿洋，下面就詳細說說。

2024 年，嫦娥六號任務完成了人類的首次月球背面采樣，它從南極-艾特肯盆地內的阿波羅盆地取回了 1935.3 克月壤樣品。中國地質科學院地質研究所的團隊申請到 2 克用于科學研究。這份樣品的編號是 CE6C0010YJFM004，別看這么一大串像個密碼，這個編號指的其實是嫦娥六號（CE6）鏟取（C）的供研究（YJ）目的的粉末（FM），只要你會漢語拼音，理解起來就毫無困難……

片來源：新華社

研究團隊從樣品中中挑選出了 33 顆尺寸大于半毫米的玄武巖屑，分為 3 種典型結構，發現和正面玄武巖的化學性質相似，并可歸類為低鈦-低鉀類型。

左滑查看更多，嫦娥六號樣品中 3 種典型結構 · 來源地質研究所《科學》論文

團隊使用高靈敏度、高分辨率二次離子質譜儀，系統地測定了玄武巖屑中的磷酸鹽、鋯礦物和鉀長石的鈾-鉛同位素組成，限定了嫦娥六號樣品中玄武巖的形成年齡為 28.23±0.06 億年，為月球背面的晚期火山活動提供了關鍵年代學證據。

怎么測定巖石的形成年齡呢？一種常用方法就是用巖石自帶的“計時器。”巖石中有 2 種放射性的鈾同位素（質子數相同，中子數不同），其衰變最終結果是 2 種穩定的鉛同位素，此外還有一種穩定的鉛同位素，不是任何元素衰變的產物。當巖漿結晶成巖石時，就構成了一個封閉系統，這團巖漿原本具有的鈾和鉛隨之定格。

隨著歲月流逝，巖石里的 2 種鈾會各自按照已知的衰變速度漸漸減少，2 種鉛漸漸增加，還有一種鉛不增不減。我們采集到月巖，使用離子質譜儀數數 3 種鉛各有多少，就能倒推出它的結晶年代。

研究團隊計算出嫦娥六號玄武巖源區（即巖石形成時所處的巖漿環境）的鈾鉛比相對較高（而鈾、釷等元素易在克里普巖中富集），進而判斷嫦娥六號克里普組分的加入量約為 3%-4%（因為含量比較低，所以以前的遠距離觀測難以測出）。這表明月球背面也存在克里普層，支持了巖漿洋曾遍布整個月球的假設。

低鈦玄武巖形成年齡與μ值關系圖 · 來源地質研究所成果快訊

這次新研究還揭示了月背玄武巖中鉛的演化路徑異于正面。從月球正面取得的樣品來看，月巖越年輕，其源區的鈾鉛比越高，但嫦娥六號樣品偏離了這一趨勢。研究團隊認為這一現象與形成南極-艾特肯盆地的巨型撞擊事件有關。

前文說過，目前主流理論認為月球其實是 45 億年前，被小行星從地球上“撞”出來的，2 億年后，輪到月球自己了——嫦娥六號著陸的這個盆地，就是由 43 億年前一次猛烈的小行星撞擊形成。這次撞擊在月面上留下了一片巨大的暗色“疤痕”，深達 13 公里，超過馬里亞納海溝，橫跨 2500 公里，相當于從北京到三亞的距離，是太陽系內已知最古老、最大的撞擊盆地。這場撞擊很可能改變了早期月幔的物理和化學性質，使月球正面和背面走上了不同的演化道路。

意義與展望

研究月球背面樣品的成果，對解答月球的二分性、全面了解月球的形成與演化歷史具有重大意義。研究團隊還希望找到來自月幔的物質，以便更深入地探究月球早期的歷史。月球是陪伴地球幾十億年的“青梅竹馬”，它的經歷有助于了解地球自身——由于板塊構造運動與風化侵蝕，地球很難保住早期的巖石記錄。通過研究月球的地質演化，也可以推導類地行星的演化發展，對于行星科學研究具有重要意義。

嫦娥六號作為人類首次從月球背面采樣返回的任務，使我國一舉躍升深空探測領域的最前沿，并獲得了揭示月球早期演化奧秘的獨特科學資源，為重構地月系統形成機制提供了難以復制的關鍵證據。本文介紹的這項研究僅僅用掉了嫦娥六號帶回月壤的千分之一，而分發給其他機構的樣品更是裝著無數秘密的盲盒。我們滿懷信心地盼望全國乃至全球的科研團隊成果斐然，捷報頻傳。

參考文獻

[1]https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.adt3332

[2]http://www.igeo.cgs.gov.cn/kycg/cgkx_2793/202502/t20250228_781698.html

[3]https://english.www.gov.cn/news/202502/28/content_WS67c1238dc6d0868f4e8f0212.html

[4]https://www.nature.com/articles/38669

策劃制作

作者丨曲炯 科普創作者

審核丨劉茜 北京天文館研究員

策劃丨丁崝

責編丨丁崝

審校丨徐來 林林