張淼

2020年12月17日凌晨，歷經(jīng)十多天的太空工作，嫦娥五號(hào)攜帶來(lái)自風(fēng)暴洋呂姆克山的1731克月壤返回地面。在此之前，人類(lèi)最近一次取得月壤樣品，還是在1976年，蘇聯(lián)月球24號(hào)登月。40多年后，中國(guó)成為全球第三個(gè)去月球“挖土”的國(guó)家。

12月19日，在國(guó)家航天局舉行的探月工程嫦娥五號(hào)任務(wù)月球樣品交接儀式上，中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)侯建國(guó)從國(guó)家航天局局長(zhǎng)張克儉手中接過(guò)嫦娥五號(hào)樣品容器。經(jīng)初步測(cè)量，嫦娥五號(hào)任務(wù)采集月球樣品重1731克。隨后，樣品抵達(dá)中科院國(guó)家天文臺(tái)月球樣品實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)過(guò)稱(chēng)重、抽真空、充氮?dú)獾纫幌盗胁僮骱?，最終轉(zhuǎn)運(yùn)至“地外樣品存儲(chǔ)和解封室”，正式開(kāi)始解封和處理。中國(guó)首次地外天體樣品儲(chǔ)存、分析和研究工作就此拉開(kāi)序幕。

根據(jù)嫦娥五號(hào)設(shè)定的科學(xué)目標(biāo)，科學(xué)家后續(xù)將對(duì)月球樣品進(jìn)行系統(tǒng)、長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)室研究，分析月壤的結(jié)構(gòu)、物理特性、物質(zhì)組成，深化月球成因和演化歷史的研究。

月球是地球唯一的天然衛(wèi)星，也是距離人類(lèi)最近的一顆天體。月球如何形成，和地球又有什么關(guān)系？人們對(duì)月球的身世一直充滿(mǎn)強(qiáng)烈的好奇心。

20世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)家先后提出4種不同的月球起源假說(shuō)：月球和地球在同一個(gè)系統(tǒng)里吸積氣體和塵埃而成的“雙星吸積說(shuō)”，由地球早期自轉(zhuǎn)過(guò)快而甩出去的“分裂說(shuō)”，月球是地球引力所捕獲的“捕獲說(shuō)”，以及月球是由其他行星撞擊地球所形成的“大撞擊說(shuō)”。

其中，“大撞擊說(shuō)”被越來(lái)越多的科學(xué)家所接受。

“大撞擊說(shuō)”認(rèn)為，約在45億年前，一顆火星大小的天體撞上了原始地球。巨大的能量使整個(gè)撞擊體和地球的外圈層物質(zhì)被熔融、氣化、混合，其中一部分逐漸聚集形成了月球。

為了證明“大撞擊說(shuō)”，科學(xué)家可謂竭盡全力。上世紀(jì)六、七十年代，美國(guó)阿波羅計(jì)劃陸續(xù)從月球帶回了總重達(dá)382千克的巖石，為人類(lèi)了解月球提供了樣本。探測(cè)數(shù)據(jù)顯示，月球物質(zhì)中揮發(fā)性組分大量丟失、金屬核很小但與地球具有相似的氧化還原程度，這一系列發(fā)現(xiàn)都可以成為支持“大撞擊說(shuō)”的證據(jù)。

此外，月球隕石也成為了人類(lèi)了解月球的一扇窗口。地球化學(xué)研究者通過(guò)對(duì)月球隕石阿波羅月巖樣品的研究發(fā)現(xiàn)，地球和月球上氧的同位素的組成相同。這意味著月球與地球存在相同的“基因”。

用中國(guó)月球探測(cè)工程首任首席科學(xué)家、中科院院士歐陽(yáng)自遠(yuǎn)的話(huà)說(shuō)：“千真萬(wàn)確，月球是地球的女兒?！?/p>

不過(guò)，阿波羅計(jì)劃在月球上取樣范圍畢竟有限，而月球隕石來(lái)源的不確定性和遙感探測(cè)獲得信息的局限性，使得對(duì)月球起源的研究總是“隔靴搔癢”。只有從月球上更多的地方挖回來(lái)“真土”，才能夠得到更多有關(guān)“大撞擊說(shuō)”的證據(jù)。

在美蘇探月之后，時(shí)隔半個(gè)世紀(jì)，嫦娥五號(hào)承擔(dān)起這一重任。經(jīng)過(guò)約38萬(wàn)公里，一周左右的地月轉(zhuǎn)移、近月制動(dòng)、環(huán)月飛行之旅，2020年12月1日晚，嫦娥五號(hào)探測(cè)器穩(wěn)穩(wěn)降落在月球正面風(fēng)暴洋北部呂姆克山、夏普月溪附近。這是中國(guó)探測(cè)器第三次在月球表面成功軟著陸，也是人類(lèi)探測(cè)器首次踏足月球上的這一區(qū)域。

著陸后，嫦娥五號(hào)在月面工作近19個(gè)小時(shí)，順利完成月球鉆取采樣及封裝。

根據(jù)前期遙感影像資料，嫦娥五號(hào)著陸區(qū)是13億～20億年前形成的玄武巖，不同于以往人類(lèi)登月時(shí)降落的9個(gè)地點(diǎn)，和月球45億年的年齡相比，這里是非?！澳贻p”的地區(qū)。此前，嫦娥四號(hào)在月球背面更加古老的南極-艾特肯盆地著陸，那里被認(rèn)為在42億～43億年前便已形成。

“巖漿洋假說(shuō)”可以被視為大撞擊的結(jié)果之一，也是證實(shí)“大撞擊說(shuō)”的重要拼圖。

據(jù)國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》在1970年1月刊登的一篇文章，美國(guó)史密森尼天文臺(tái)的研究人員在1676塊月球巖石碎片中發(fā)現(xiàn)了61塊斜長(zhǎng)巖，特別是在月球上表面明亮的高地勢(shì)地區(qū)。這些新發(fā)現(xiàn)給了他們極大的啟示——斜長(zhǎng)巖的密度較小，在巖漿中能夠漂浮在頂部。據(jù)此，他們提出一種新的月球演化模型，即“巖漿洋假說(shuō)”。這一假說(shuō)指的是，大撞擊后形成的月球被一層全球性的巖漿覆蓋，形成了約400公里甚至更深的巖漿洋。

這是一幅無(wú)比壯觀(guān)又難以想象的畫(huà)面：在距離我們最近的一顆星球上，曾經(jīng)覆蓋著漫無(wú)邊際、熾熱的巖石熔融體。好比一鍋熱湯，剛開(kāi)始冷卻的時(shí)候，更重的物質(zhì)橄欖石和輝石首先結(jié)晶析出，堆積在最底部，然后輕一些的斜長(zhǎng)石結(jié)晶漂浮到月球表面聚集形成斜長(zhǎng)巖高地。

2019年5月，就在嫦娥四號(hào)抵達(dá)月球半年后，中科院國(guó)家天文臺(tái)研究員李春來(lái)帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在《自然》上發(fā)表相關(guān)結(jié)果。嫦娥四號(hào)在就位光譜探測(cè)中發(fā)現(xiàn)了來(lái)自月球深部的橄欖石和低鈣輝石。這不僅直接揭示了月幔物質(zhì)的組成，也成為支持“巖漿洋假說(shuō)”的有力證據(jù)。

另一項(xiàng)有力證據(jù)來(lái)自于嫦娥三號(hào)探測(cè)到的信號(hào)。隨著巖漿洋“熱湯”不斷冷卻固化，殘留巖漿中的不相容元素含量逐漸升高，最終留下富集鉀、稀土元素、磷的特殊月巖——“克里普巖”。

2015年，根據(jù)“玉兔號(hào)”發(fā)回的微量元素信息，中科院地質(zhì)與地球物理研究所研究員林楊挺團(tuán)隊(duì)推斷，“嫦娥三號(hào)”著陸區(qū)的玄武巖含有10%～20%“克里普巖”物質(zhì)。不過(guò)，要證實(shí)“克里普巖”的確存在，還需要更加確鑿的數(shù)據(jù)，比如從月球樣品中直接得到它的化學(xué)成分。

科學(xué)家期待，嫦娥五號(hào)帶回的月球樣品，將講述一個(gè)關(guān)于月球晚年的故事。年輕的風(fēng)暴洋能夠更多富集鈾、釷、鉀等放射性元素，對(duì)其開(kāi)展高精度年代學(xué)分析，結(jié)合微量元素和穩(wěn)定同位素信息，有望對(duì)月球內(nèi)部冷卻歷史及其巖漿演化晚期過(guò)程，給出更精確的描述。