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嫦娥五号立功了!它挖回来的月土揭开了一个大秘密

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嫦娥五号带回了70年代以来的首批月球样品,其中一些熔岩只有20亿年的历史。

这是半个世纪以来从月球带回的首批样品,也是中国首次完成的月球采样返回任务。这些样品携带了迄今分析过的最新月球熔岩证据去年12月,嫦娥五号着陆器返回了2公斤的月岩样品,研究人员利用其中的微小片段证实了之前对嫦娥五号着陆点——风暴洋(Oceanus Procellarum)——的预测。

这些样品的年龄在20亿年左右,揭示的月球火山活动比上世纪60、70年代美国宇航局(NASA)阿波罗计划或苏联无人月球探测器Luna发现的火山活动至少年轻了10亿年。这项研究[1]10月7日发表在《科学》(Science)上,研究作者之一、英国曼彻斯特大学行星科学家Katherine Joy说:“这是目前测年得到的最年轻的月球熔岩流”这些发现填补了月球地质学的一个重要空白,还能帮助科学家了解其他太阳系天体的历史


嫦娥五号着陆点的俯视图。嫦娥五号采集了2公斤的月球岩石并运回了地球。来源:中国国家航天局探月与航天工程中心

2020年12月1日,嫦娥五号在月球着陆,开始月面采样工作,两天后再次从月面起飞,宣告中国完成了历史性的壮举。之后,嫦娥五号在月球轨道上与轨返组合体自动交会对接,启程返回地球。携带样品的返回舱于12月16日降落在内蒙古地区。

嫦娥五号的目标是月球正面的风暴洋,科学家对这片区域兴趣浓厚,因为这里被认为存在年轻的凝固熔岩,提示月球上发生过相对较近的火山活动。

根据阿波罗和Luna探测器返回的样品,科学家已有证据证明月球上的火山喷发可追溯到40多亿年前,大部分集中在38亿至30亿年前。但是,从来没有探测器降落在风暴洋这样的年轻区域风暴洋从北到南绵延2500公里,月球科学家迫切想在这样的地点找到近期火山活动的证据。德国明斯特大学行星科学家Harald Hiesinger说:“我对这个着陆点的选择非常高兴。”

月球熔岩

与地球上一样,月球上的火山活动被认为是在岩浆从地表喷出时发生的,会在月球表面留下一片玄武岩“海洋”(拉丁语为maria),这从地球上很容易看到。在风暴洋地区,大约有近2000立方千米的玄武岩浆喷射到月面,这在月球上算是规模很大的喷发。

嫦娥五号着陆器使用一把铲子和一个钻头取样,目前已知其中至少有一些是玄武岩,研究人员通过放射性计年测定了它们的年龄。

这些发现不仅为月球历史,也为更宏大的太阳系历史提供了关键数据点通过确定风暴洋的确切年龄,并将其年龄与陨石坑数量进行匹配——陨石坑数量会随撞击事件的增加而上升——这样就能推断出,其他星球上(例如火星)陨石坑数量相似地方,其年龄也差不多。这种推断被称为陨石坑计数(crater counting),迄今为止的陨石坑计数几乎完全依赖对阿波罗任务采集的月球样品的年代测定,在10亿年前到30亿年前的这段时间存在巨大空白“获得更多数据点是绝对有必要的,”伦敦大学伯贝克学院行星科学家Ian Crawford说,“这篇论文恰好填补了这个空白。”

未解之谜

目前尚不清楚的是,在风暴洋形成之时,是什么力量诱发了月球上的火山活动。Joy说,那个时候,月球已经开始冷却,“产生的岩浆数量迅速减少”。一种解释是月球内部残留的放射性铀、钍和钾为晚期的火山活动提供了必要的热量但嫦娥五号的样品中并不含有大量此类放射性元素。Joy说:“这确实是个谜。”

另一种解释可能是地球引力的潮汐力为月球提供了必要的热量“20亿年前,月球离地球比现在近很多,可能要近一半左右。”澳大利亚科廷大学行星科学家、该研究的作者之一Alexander Nemchin说,“所以当时的这种作用可能要强很多。”然而,我们尚不清楚为什么这会让风暴洋这样的区域局部加热,而不是整个月球表面都被加热。

月球上可能还有更年轻的区域Hiesinger参与了大部分陨石坑计数工作,他说,有些地区似乎只有几千万或几亿年的历史——这就带来了一个难题。“这意味着月球火山活动直到约5000万年前还很活跃,而这看起来“极不可能”,他说。

参考文献:

1. Che, X. et al. Science https://doi.org/10.1126/science.abl7957 (2021).

原文以China’s Moon trip reveals surprisingly recent volcanic activity为标题发表在2021年10月7日《自然》的新闻版块上

原文作者:Jonathan O'Callaghan

© nature

doi: 10.1038/d41586-021-02744-8

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