嫦娥六号月壤新研究：碳质小行星撞击地月系统时间晚于预期

IT之家 5 月 8 日消息，据央视新闻报道，记者今天从中国科学院地质与地球物理研究所获悉，该所林杨挺研究员团队通过分析嫦娥六号带回的月壤样品，揭示了太阳系中小行星撞击地月系统的历史变化，尤其是碳质小行星的撞击规律。研究显示，碳质小行星撞击地月系统时间晚于预期。

IT之家查询获悉，月球最为完整地记录了地月系统近 40 亿年以来的撞击历史。月壤中普遍分布的铁镍金属及其铂族元素组成为示踪小行星类型提供了独特的地球化学“指纹”：其一，铁镍金属易于识别，且在撞击过程中可以保存下来；其二，基于陨石学的认知，铁镍金属广泛分布于各类小行星中，且其微量元素组成具有显著的系统性差异。因此，对来自不同时期的外来金属进行系统的分析，统计其代表的小行星类型分布，有望揭示撞击地月系统的小行星类型随时间的演变规律。

▲ 图 1 嫦娥六号玄武质和斜长质撞击碎屑中的铁镍金属中国科学院地质与地球物理研究所林杨挺研究员团队，从嫦娥 6 号月壤样品中发现 40 个含金属颗粒的撞击碎屑（图 1），并对其开展了系统的岩相学和矿物化学分析。撞击碎屑根据矿物组成可分为玄武质和斜长质两大类，前者主要来源于着陆区本地约 28 亿年前喷发的玄武岩，保存了过去 28 亿年积累的小行星碎片，后者来源于更古老的月球高地，小行星物质的加入时间向前延伸到 43 亿年前。纳米离子探针等分析结果确证，这两类撞击碎屑中的绝大多数铁镍金属为小行星碎片，仅 4 个碎屑中的金属可能混入了月球本身的金属。更进一步，这两类撞击碎屑中的小行星金属在化学成分上显示出系统差异：玄武质撞击碎屑中的颗粒含 0.17-21.8 wt% Ni、0.12-1.76 wt% Co、0.07-10.6 μg/g Ir 和 0.01-3.40 μg/g Au，而在斜长质撞击碎屑中相对更富 Ni（大部分 > 10 wt%）和 Co（>0.5 wt%），且 Ir（0.41-5.52 μg/g）和 Au（0.36-4.86 μg/g）的含量均较高。

▲ 图 2 铁镍金属的来源与分类。全部 7 个碳质小行星金属均发现于年轻的玄武质撞击碎屑中

这些成分差异表明小行星类型分布存在随撞击时间的变化：在 13 个斜长质撞击碎屑中，绝大多数金属颗粒来源于内太阳系的普通球粒陨石和铁陨石，未发现碳质球粒陨石型金属（<8%）；而在 27 个玄武质撞击碎屑中，碳质球粒陨石型金属的比例则高达约 26%（图 2）。这两种样品中撞击体类型的变化，表明在约 4.3 Ga 至 2.8 Ga 期间，撞击地月系统的小行星类型发生了显著变化，早期的撞击以非碳质小行星为主，而晚期碳质小行星的相对贡献显著增加。

研究团队的新发现表明在 4.3-2.8 Ga 期间，太阳系曾发生过重要的事件。基于现有的认识，存在三种可能的事件：（1）巨行星发生了轨道迁移，将大量外太阳系的碳质小行星散射进入内太阳系；（2）雅克夫斯基效应，该效应对于反照率较低且挥发分含量较高的碳质小行星更为显著，随时间积累，使更多碳质小行星进入地月系统；（3）一颗或多颗大型碳质小行星在此期间发生碰撞解体，产生大量碎片，显著提高了碳质小行星撞击月球的概率（图 3）。在未来的月球探测任务中，通过采集更多不同年龄月表的月壤样品，将进一步精细刻画小行星类型随时间的演变规律，加深对内太阳系撞击历史的认识，并为太阳系的天体轨道动力学演化提供关键参数。

▲ 图 3 三种可能的动力学机制，即巨行星迁移对小天体轨道的扰动（a），雅克夫斯基效应改变轨道（b），碳质小行星母体的碎裂，形成小行星群（c）

碳质小行星富含水和有机物，其“登场”时间早晚对于地球及类地行星中水和有机物的含量有重要影响。主流观点认为地球的建造材料主要来源于“干燥”的内太阳系物质，因此，后期小行星的撞击，对水和挥发分的输送可能十分重要。该研究表明，早期撞击地月系统的碳质小行星占比很低（<8%），它们的主要撞击时间较晚，由于此时撞击通量已显著降低，因此很大程度上限制了碳质小行星对地月系统水和挥发分含量的贡献。