“嫦娥六号首次采集月背样品改写月球史！”这一跨时代成果，研究人员揭秘幕后……

（来源：科普中国）

转自：科普中国

近日，中国科学院国家天文台月球与深空探测研究部副研究员、探月工程三期嫦娥六号任务地面应用系统副总师周琴在 2025 科普中国说带来演讲《月壤新发现：从嫦娥样品到月球奥秘》，分享了嫦娥六号月壤研究的背后故事。

以下是周琴的演讲节选：

自古以来，月亮就承载了人们无限美好的想象。无论是嫦娥奔月、吴刚伐桂、玉兔捣药的神话传说，还是“小时不识月，呼作白玉盘”的感叹，都蕴含着人类对这颗邻近天体的好奇，而这份好奇正是探索宇宙的初始动力。

不过，科学研究不能只停留在传说和想象。为了对月球有更多科学的认识，从上世纪七八十年代开始，人类就已经向月球发射了上百个探测器，实现了月球的飞越、环绕、着陆、巡视、采样以及载人登月，揭开了月球科学探测的序幕。同时，科学家还利用在沙漠或南极收集的月球陨石，开展实验室样品分析测试。宏观探测与微观分析的结合，搭建起认识月球的初步科学框架。

但研究月球，缺少真实月球样品，对其历史的研究难免会像纸上谈兵，缺乏直接有力的证据。因此，人类一直在尝试在月球探测中，对月球样品进行采样。目前，人类成功实现的月球采样任务包括美国 6 次 Apollo 载人登月、苏联 3 次无人采样，以及中国嫦娥五号和嫦娥六号的两次样品采集任务。

值得关注的是，美国和苏联前 9 次采样任务的着陆点均位于月球正面，而中国嫦娥五号、六号经过精心规划，分别着陆于月球正面风暴洋地区和背面南极艾特肯盆地，中国也成为世界上首个且目前唯一同时拥有月球正面和背面样品的国家。

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之所以选择这两个着陆点，源于科学家发现月球正背面在撞击坑数量、玄武岩分布、月海高程、月壳厚度等方面存在巨大差异。这种差异的成因，一直是月球科学研究的未解之谜。嫦娥五号和六号的精准采样，为突破这一科学难题提供了关键线索，也为揭示月球演化奥秘提供了独一无二的珍贵样本。

对于这份珍贵的月球样品，科研人员是如何进行保存与研究的？下面就来为大家揭秘~

千级洁净度的

月球样品实验室

月球表面环境与地球截然不同，超高真空、极端干燥。为保护好这份珍贵样品，在嫦娥五号任务启动之初，我们便设计建设了首个专门用于地外样品研究和保存的月球样品实验室。实验室核心环境控制在千级洁净度，人员和物品进出需经过风淋除尘。

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千级洁净度指单位立方英尺体积内小于 0.5 微米的颗粒数低于 1000 个，而普通教室或办公环境相同单位体积内颗粒数可达几十万甚至上百万个，足见样品存储实验室环境控制的严格程度。

此外，我们自主研制了全套核心设备，用于月球样品的安全解封、精密分样及长期存储。这些设备内部始终充满高纯氮气，如同为月球样品加装保护罩。工作人员实时监控设备内水和氧的含量，并严格控制在 1ppm 以下，相当于大气中水含量的万分之一到十万分之一，确保珍贵的月球样品在干燥无氧环境中长期保存。

样品返回舱安全着陆后，这份月球珍贵样本第一时间被送至国家天文台的月球样品实验室。月壤样品被多层特制密封容器严密包裹，类似坚固的太空保温杯，保障其历经 38 万公里太空旅程后安全返回地球。 在实验室自主研发的解封操作台内，工作人员小心翼翼地逐层打开密封容器，最终见到月球样品的“真容”。

初看之下，月壤只是灰扑扑的细尘埃和颗粒，毫不起眼。但如同金矿石需经复杂冶炼才能提炼出黄金，这些月壤也需精心“淬炼”，才能提取其中蕴含的月球演化历史奥秘。而将平凡月壤“点石成金”、获取科学信息的核心，在于月球样品后续的精细处理过程。

月球样品的精细处理流程

工作人员严格遵循“安全解封、科学处理、妥善存储”原则，精心设计了月壤样品处理流程。

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第一步是依据粒径，将月壤分为细腻粉末和形态各异的岩屑，类似按苹果大小分类。岩屑颗粒体积更大、重量更重，能提供更丰富的月球地质活动信息，因此成为深入研究的重点对象。

在嫦娥六号样品处理过程中，工作人员挑选了上千颗岩屑颗粒，但是这些岩屑颗粒的粒径绝大多数实际上也是小于 1 厘米的。对于每一颗岩屑颗粒，工作人员都细致地进行描述、高清拍照、称重等基础工作，并从中精心挑选了一些具有代表性的颗粒制作岩石光片——将岩石颗粒包埋在树脂中，把其表面抛光至镜面，供后续科学分析使用。

随后，工作人员对制作完成的上百个光片样品，开展了更精细的矿物和元素分布扫描分析。基于这些高分辨图像数据，系统地开展了岩石类型的分类鉴定，并从中仔细搜寻可用于精确测定岩石年龄的关键矿物。

这些细致入微的工作积累了海量的月球样品基础研究数据。整个样品处理过程繁杂，耗费大量时间与精力，但正是这些看似基础却至关重要的“淬炼”工序，是实现月球样品“点石成金”的关键步骤。

基于扎实的基础工作，研究人员发现嫦娥六号采样返回的岩石类型比嫦娥五号更丰富。除与火山活动相关的玄武岩外，还有大量与撞击作用有关的角砾岩、凝结集块岩，以及来自着陆点周边区域的外来溅射物等其他高地岩石类型。这些初步的岩石分类工作，就像绘制了一幅月球样品的“藏宝图”，为后续针对不同科学问题精准筛选样品、高效开展深入研究奠定重要基础。

嫦娥六号代表性成果——

月球玄武岩解码月球演化时间密码

嫦娥六号有一项代表性研究成果——从月球的玄武岩中揭示了“月球演化的时间密码”。这是怎么做到的？

火山活动，就如同天体的脉搏，它能够直接反映天体内部的热状态和演化的活力，是衡量天体地质“生命力”强弱的核心指标。如今我们仰望月球，那些肉眼可见的暗色区域，就是月球火山喷发后，岩浆流淌冷却形成的巨大的玄武岩平原。

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然而，这些玄武岩形成于何时？它们记录的月球内部的热状态又是随时间如何演变的？目前我们看到的月球正背面的差异是否与这种热状态的差异有关？这些科学问题的答案尚未完全明确。因此，精确测定这些岩石的形成年龄，成为科研人员破译月球内部热状态的首要任务。

那么，岩石的形成年龄又是如何测定的呢？在地质学中，最常用的岩石年龄测定方法是放射性同位素定年法。岩石中放射性元素的衰变速率恒定不变，就像持续走动的时钟。通过精密测量岩石初始特定放射性“母体”与经过一段时间衰变产生的“子体”的元素含量比值，就能推算出岩石自形成以来所经历的时间，即岩石的形成年龄。

想要精确测定同位素比值，需借助二次离子探针等大型尖端科学分析设备。这些设备能在微小的矿物颗粒上，实现微米尺度的原位同位素分析测定。其非破坏性、高空间分辨率、高灵敏度的特性，使其成为研究珍贵且微量月球样品的理想选择，为测定月球岩石年龄提供强大技术支持。

在月球玄武岩中寻找可定年的对象时，并非所有矿物都适用。研究人员希望找到特定元素含量较高的定年矿物，以提高年龄测定精度。通常用于同位素定年的关键矿物是含锆矿物，如斜锆石、钙钛锆石、静海石等。但在嫦娥六号玄武岩中，这类矿物颗粒极其细小，往往不足 5 微米。在玄武岩颗粒的背散射照片上，发亮的长条矿物即为斜锆石颗粒，其尺寸仅相当于头发丝直径的 5% ，寻找这些定年矿物如同“大海捞针”。

作为月球样品的主存储机构，相关团队前期投入大量精力，通过系统采集显微图像、识别矿物，不仅建立了月球样品基础信息数据库，还成功筛选出可用于年代学研究的候选矿物颗粒，为最终实现高精度同位素定年铺平道路。

目前，包括相关研究团队在内的国内多个顶尖科研机构，基于珍贵的月球样本，已测定出嫦娥六号玄武岩的形成年龄约为距今 28 亿年前。结合嫦娥五号返回样品中玄武岩 20 亿年的年龄结果可知，月球表面的岩浆或火山活动时间，远比以往认知的更“年轻”、更持久。

这一发现具有划时代意义，因为此前基于 Apollo 返回样品的研究，科学家普遍认为月球在 30 亿年前就已基本停止岩浆活动，进入地质死亡状态。而中国嫦娥工程陆续返回的五号、六号月球样品，彻底改写了这一传统认知，为理解月球晚期火山活动开启新的篇章。

截至目前，我国科研人员已累计完成 8 批嫦娥五号、2 批嫦娥六号样品的发放工作。基于我国科研人员精心处理后的月球样本，国内外科学家已累计发表上百篇高水平研究论文，其中多篇发表于国际顶级期刊。这些成果代表了月球科学研究领域的一系列创新性突破，显著提升了中国嫦娥工程的科学影响力。

从古人对月球的浪漫想象，到中国探月工程的宏伟实践，再到月球样品的精准回收，嫦娥工程是中国迈向航天强国之路的璀璨里程碑。从月球密封装置的安全解封，到月球样品的高效处理，再到科学难题的创新解答，每一步都凝结着中国科学家在行星科学领域的贡献。展望未来，随着中国深空探测工程带回更多地外样品，人类有望解锁更多有关宇宙的密码。