嫦娥五号月球岩石样本研究——中国科学家或发现月球过去的线索

中国科学家通过分析嫦娥五号任务返回的“月球样本”的独特组成，对了解月球的过去提供了新的见解。

2.8亿年前，当一颗小行星或彗星撞击月球表面时，它在不到一秒的时间内产生了高达40吉帕斯卡(约40万个大气压)的压力。

这一碰撞不仅在月球表面留下了今天最明亮的陨石坑之一，而且还将一些土壤压缩成一种特殊形式的二氧化硅，这种二氧化硅被称为赛石英，不过在美国阿波罗号和苏联月球任务的样本中从未得到证实。

上个月，贵阳中国科学院地球化学研究所的一个研究小组在《极端条件下的物质与辐射》杂志上报告说，这个过程可能比科学家们之前认为的要复杂得多。

该论文的主要作者杜蔚说:“这种独特的矿物质很可能是在阿里斯塔克斯陨石坑产生的，然后向北喷射到嫦娥五号的采样点。”

赛石英是在高压和高温下生成的，是自然界中密度最大、最坚硬的二氧化硅形式之一。以前，与石英具有相同化学成分的赛石英只在火星和月球陨石中被发现。

杜说，这种矿石可以通过将石英置于100吉帕斯卡的压力下合成，即地核深处3400公里处的压力。

2020年12月，中国的“嫦娥五号”任务从月球面向地球的一面的大片黑暗区域带回了1.73公斤的月球土壤。2022年，杜和她在贵阳的同事在嫦娥五号样本中发现了赛石英。

在分析了由中国国家航天局提供的30毫克样品后，他们检测出了赛石英和一些斯英石的存在——一种比赛石英密度更大的二氧化硅形式。

杜说:“我们非常惊讶，我们使用了多种方法来确认它是赛石英。”

科学家们在解释它的存在方面面临挑战，因为虽然赛石英可能是在撞击中形成的，但碰撞也会导致高温，在高温下，这种矿物会变得不稳定，并倾向于逆行成其他形式。

进一步的分析使研究人员相信，月球上的形成过程与实验室中产生赛石英的过程不同。

杜说，月球上的赛石英可能不是直接从最稳定、最常见的石英中形成的。相反，一些介于两者之间的结构，比如所谓的α-方英石，可以帮助了这一过程。

杜说:“当撞击发生时，只需要11吉帕斯卡的最低压力就能将更常见的α-方英石转变为赛石英。然后，温度继续上升，部分赛石英变成了斯英石。”

嫦娥五号的着陆点主要是被称为玄武岩的火山岩，因此稀有的二氧化硅材料可能不是当地生产的，而是从附近地区转移过来的。

根据形成赛石英所需的压力和时间尺度，研究小组认为它可能起源于一个直径在3公里到32公里之间的陨石坑，具体取决于撞击角度。

以前的月球探测任务的遥感数据指向了四个候选陨石坑。其中，阿里斯塔克斯是最年轻的，因此最有可能是来源。“陨石坑需要非常年轻，以避免以后被覆盖，例如被熔岩覆盖。”

接下来，杜的团队希望把重点放在玄武岩上，以帮助回答嫦娥五号样本带来的最大谜团之一——为什么月球在20亿年前仍然活跃，当时许多人认为它已经变冷并死亡了?

杜说，虽然陨石坑塑造了我们今天看到的月球的奶酪外观，但它的演变在很大程度上是由火山爆发等内部地质过程驱动的。

通过研究嫦娥五号样本中的玄武岩，他们希望为月球的后期演化寻找热源。线索可能隐藏在嫦娥五号样品中发现的另一种独特矿物中，即嫦娥石，它富含磷、钇和稀土元素。

杜说:“我们现在知道，嫦娥石是在玄武岩结晶后期形成的，它在嫦娥五号样品中相对常见。”

杜说，美国和欧洲的研究人员一直在使用嫦娥五号的数据来模拟玄武岩的结晶。“我很幸运能成为这一代中国科学家中的一员，能够研究我们国家带回的珍贵月球样本。对我来说，这就像见证历史。”

与此同时，杜也对中国定于5月发射的嫦娥六号任务越来越兴奋。预计它将从月球背面带回第一批岩石。

“嫦娥六号可以帮助我们理解最大的谜团之一——月球的两面性:为什么它的背面和近面如此不同?我们迫不及待地想知道答案。”