前沿速览：嫦娥五号月球样品研究进展

祝贺嫦娥六号发射圆满成功！

月球，是与地球共同演化了数十亿年的唯一的天然卫星，是人类走向深空的第一站。

从“两弹一星”到“深空探测”，中国航天事业走出了一条自立自强的中国特色发展之路。2020 年12 月17 日，嫦娥五号探测器成功携带1731 克月球样品返回地球，自此，中国拥有了自己取回的地外天体样品。

为使珍贵的月球样品充分发挥其科研价值与社会效益，国家航天局颁布了《月球样品管理办法》，规范了月球样品的借用和使用；组建了月球样品专家委员会，对科研样品申请进行评议。中国科学院国家天文台地面应用系统团队经过近4个月准备，完成了对月球样品的解封、分类、分析、制备等工作，嫦娥五号月球科研样品于2021年4月正式对国内科研团队开放借用申请。截至2023年6月，国家航天局已经完成6批嫦娥五号月球科研样品的发放，累计向40家科研机构的114个科研团队发放月球样品258份，共计77.7克。

嫦娥五号月球样品自发放以来，已有70余项成果在Science、Nature、National Science Review等国内外重要学术期刊发表，主要涵盖月球样品玄武岩年代学和成因、月球样品物性/化性研究、太空风化研究、着陆区物质、撞击玻璃和撞击过程、月壤利用等方向，其中，很多成果引起了学术界广泛关注和高度评价，如：证实月球最“年轻”玄武岩年龄为20亿年；月表中纬度地区具有高含量的太阳风成因水；发现月球新矿物“嫦娥石”等。

月球样品研究吸引了地学、天文、物理、化学、生物等各学科研究者的广泛兴趣，推动了我国行星科学的发展，培养了行星科学研究的人才队伍，初步形成了科学、技术、工程融合创新发展的局面。这些研究成果来之不易，汇聚了国家战略的投入、工程技术人员的智慧和科研人员的心血。为了加强成果的交流与推广，让更多人了解嫦娥五号月球样品研究成果，在探月与航天工程中心和月球样品专家委员会的支持下，我们邀请2021～2022 年产生成果的研究团队撰写了相关成果介绍，分为八大板块，共计51 篇论文，形成《嫦娥五号月球样品研究前沿与进展（2022）》（贺怀宇主编. 北京：科学出版社，2024.1）一书，力求通俗易懂，简明扼要，使读者可以快速全面了解当前嫦娥五号月球样品的研究进展。

▋板块一：玄武岩年代学和成因

▲ 月球月海玄武岩年龄及其演化趋势

• 嫦娥五号玄武岩岩屑与玻璃球粒年代学研究

• 嫦娥五号样品揭示月球二十亿年前仍存在岩浆活动

• 嫦娥五号玄武岩月幔源区极“干”

• 嫦娥五号年轻玄武岩的非克里普成因

• 嫦娥五号玄武岩揭开月球年轻火山成因之谜

• 橄榄石微量钛确定嫦娥五号玄武岩低钛属性

• 一个高钛玄武岩岩屑的矿物化学成分和三维断层成像研究

• 嫦娥五号月壤玄武岩岩屑的精细岩石学成因研究

• 嫦娥五号玄武岩的硫同位素组成及其对月幔源区的制约

• 嫦娥五号玄武岩磷灰石揭示岩浆氯同位素分馏

• 辉石冷却速率揭示嫦娥五号玄武质熔岩流规模

• 风暴洋克里普地体年轻月海玄武岩的矿物学和年代学特征

• 嫦娥五号玄武岩的Fe-Mg同位素研究

• 斜长石微量元素揭示嫦娥五号玄武岩成因

▋板块二：月壤物理化学性质

▲ 立体显微镜(左)与光谱仪(右)获取的月壤颗粒影像。图中月壤颗粒被固定在较软的金属铟靶上以便于进行样品转移和光谱分析(Yang et al.，2022)

• 中子活化分析揭秘嫦娥五号月壤成分

• 嫦娥五号月球样品的尺寸、形貌与组成分析

• 嫦娥五号月壤的矿物组成和化学成分特征及其地质意义

• 嫦娥五号月壤样品的显微红外光谱研究

• 嫦娥五号月壤演化的拉曼光谱学新认识

• 嫦娥五号月壤化学成分揭示月球年轻玄武岩的起源和表生改造

• 嫦娥五号年轻月壤的成熟组分

• 基于嫦娥五号月球样品的月壤残余内摩擦角预测

▋板块三：太空风化作用

▲ 太空风化作用过程及不同矿物相的响应模型

• 嫦娥五号样品的太空风化特征及形成机制

• 嫦娥五号月壤中铁橄榄石分解成因的纳米金属铁

• 嫦娥五号月壤中撞击诱导的共析反应成因磁铁矿

• 嫦娥五号月壤中蒸发沉积成因的蓝辉铜矿

• 嫦娥五号样品揭示月表中纬地区高含量的太阳风成因水

• 嫦娥五号样品揭示月壤矿物中高含量的OH/H₂O

• 撞击玻璃珠：月表太阳风成因水储库

• 嫦娥五号月壤的表面特征研究

• 嫦娥五号月壤微观形貌特征及其对太空风化的指示意义

• 月壤玻璃：捕获并保留月球上氦资源的关键物质

▋板块四：遥感和撞击坑定年

▲ (a)年代学方程的定标点位置；(b)嫦娥五号着落点所在地质单元的撞击坑统计；(c)澄海盆地溅射毯上的撞击坑统计

• 基于嫦娥五号样品的月球撞击坑年代函数优化

• 去偏的撞击坑密度揭示月球撞击体的通量和来源

• 嫦娥五号样品——月球遥感定量反演的新地面真值

▋板块五：新方法新技术

▲ 利用3D XRM对含钛铁矿目标颗粒进行三维重构

• 嫦娥五号月壤样品单颗粒分析工作流程图

• 嫦娥五号月壤单颗粒中铁价态的原位微区分析——FIB，AES和TEM-EELS联用技术

• μXRF与3D XRM联合无损技术鉴别和定量分析嫦娥五号月壤单颗粒中的钛铁矿

• 月壤热改造过程的透射电镜原位加热模拟实验研究方法

• 一种以极低的样品消耗同时测定嫦娥五号月壤粒度和矿物组成的新方法

• 嫦娥五号玄武岩存在显微尺度K同位素不均一性

▋板块六：着陆区外来物质

▲ 嫦娥五号月壤中外来岩屑的地质背景示意图

• 结合TIMA-SEM-EPMA技术首次在嫦娥五号角砾岩样品中定位并识别月球高地岩屑

• 硅酸盐液相不混溶作用对嫦娥五号月壤中年轻的高度演化岩屑成因的意义

• 嫦娥五号月壤中外来岩屑指示月球上仍存在未被认识的地质单元

▋板块七：撞击玻璃和撞击过程

▲ 月球凝结玻璃中微陨石撞击致歧化反应示意图(引自Xian et al., 2023)

• 嫦娥五号着陆区的成壤过程：来自撞击玻璃颗粒微观构造的启示

• 嫦娥五号月壤样品中赛石英和斯石英的发现

• 嫦娥五号撞击玻璃成分揭示撞击熔融和玄武岩成因

• 微陨石撞击对月壤的改造：嫦娥五号月壤中歧化反应成因的纳米相铁

• 月球表面普遍存在撞击成因的三价铁

▋板块八：月壤应用

▲ 无人化利用月壤进行CO₂电催化转化的装置和程序示意图

• 嫦娥五号月球土壤的地外光合作用

• 月壤原位资源利用用于高效地外燃料和氧气资源供给

2020年，嫦娥五号任务首次实现地外天体采样返回，是我国迄今为止复杂程度最高、技术跨度最大的航天工程，也是世界上单次地外样品返回量最大的无人自动采样任务。通过对嫦娥五号月球样品的分析研究，科学领域不断产生令人惊喜的成果：人类首次发现了月表迄今最年轻的火山岩样品，将月球曾是内部动力活跃天体的寿命延长了10 亿年；发现月球中纬度月壤中保存了高含量的太阳风成因水，为人类开发利用月球资源打开了一扇窗户；发现了月球上的新矿物，预示月球演化还有我们未知的新故事。这些新发现仅仅是嫦娥五号月球样品科学研究成就的一个小视角。尽管目前，我们只发放了嫦娥五号月球样品总量的4.5%，但所取得的科学研究成就却涵盖了月球形成、演化、太空风化作用与机制以及资源利用等多个领域，还有更多的嫦娥五号月球样品等待科学家去探索与发现，我们相信《嫦娥五号月球样品研究前沿与进展（2022）》的发表必将进一步推动我国月球与行星科学的发展。

目前，嫦娥五号月球样品研究初步实现了服务我国深空探测需求、牵引我国月球与行星科学发展的目标。在科学方面，取得了一系列突破性的认识，推动了新技术的发展，刷新了人类对月球演化的认识；在学科和人才队伍建设方面，国内的地外样品研究团队由原来的几个发展到现在的一百多个；在国际合作方面，2023 年11 月，嫦娥五号月球样品开放国际申请，多国科研人员积极申请。我们相信，嫦娥五号月球样品将为中国行星科学走向世界做出应有的贡献。

嫦娥五号工程实现了我国探月工程“绕、落、回”三步走战略的圆满收官，更重要的是，胡浩总师带领的工程技术团队，从立项开始就特别注重工程技术与科学研究协同发展。他们不仅在工程实施方面取得了一系列技术突破，而且多次组织科学研究团队对嫦娥五号探测器着陆区选址以及相关科学问题进行深入探讨。正是有了工程技术团队勇于创新和甘为人梯的无私奉献精神，才使得中国乃至世界行星科学家获得了重新认识月球演化历史的样品，每一位获得嫦娥五号月球样品的科研人员都应该感谢胡浩总师所带领的工程技术团队。

该书用简洁通俗的文笔汇集了嫦娥五号样品科学研究成果，既具有交叉学科研究的鲜明特色，也体现了工程技术与科学研究协同发展的创新魅力。我很高兴看到这本书问世，相信它能给航空航天、地球科学和行星科学等领域的读者以启迪。

朱日祥

中国科学院院士

第一届月球样品专家委员会主任

2023年12月8日

本文摘编自《嫦娥五号月球样品研究前沿与进展（2022）》（贺怀宇主编. 北京：科学出版社，2024.1）一书“前言”“序”“目录”，有删减修改，标题为编者所加。

ISBN 978-7-03-077074-5

责任编辑：孟美岑 韩 鹏

2020 年12 月17 日，嫦娥五号样品舱成功着陆内蒙古四子王旗，带回了1731 g 月球样品，这是我国首次完成地外天体样品采集，也是人类44 年来再次取回新的月球样品。2021 年7 月12 日，国家航天局在中科院国家天文台举行嫦娥五号任务第一批月球科研样品发放仪式起，大量国内单位参与到了月球相关的科学研究中，并取得了大量成果。为宣传嫦娥五号的科研成果，在国内外期刊上发表过相关研究文章的作者将研究成果以中文介绍的形式呈现给读者。本书共集结了截至2023 年1 月的已发表文章51 篇，均由一线研究人员撰写，力求准确详实、通俗易懂，向愿意了解月球研究的读者展示我国最新科研进展，提供第一手资料。

本书读者对象为相关方向科研、技术人员，管理人员，各大专院校相关专业师生，以及对月球科学感兴趣的普通读者。

（本文编辑：刘四旦）

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