月球背面的南極-艾特肯盆地直徑約為2500公里，是月球最古老、最大的撞擊“疤痕”，記錄了月球幼年時期遭受的巨大“創(chuàng)傷”。這個古老的盆地形成于42.5億年前，這是基于嫦娥六號月壤樣品研究得出的結(jié)論。相關(guān)研究發(fā)表于《國家科學(xué)評論》。

為月球最古老“疤痕”定年，意味著人類在了解太陽系早期大型撞擊歷史方面有了更精確的“宇宙時鐘”標(biāo)尺，對理解月球乃至太陽系早期演化具有重大科學(xué)意義。嫦娥六號月壤樣品里的蘇長巖記錄了42.5億年前月球南極-艾特肯大型撞擊事件。

了解艾特肯盆地的撞擊形成時間不僅關(guān)乎月球演化歷史的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，也是了解太陽系撞擊史的黃金參照。撞擊作用是天體形成與演化過程中最重要的外部動力過程，內(nèi)太陽系的天體經(jīng)歷了相似的撞擊歷史。太陽系內(nèi)一個天體的撞擊記錄是整個太陽系撞擊歷史的縮影。月球表面遍布大大小小的隕石撞擊坑，是了解太陽系天體撞擊歷史的“最佳靶點(diǎn)”。作為月球撞擊坑中的“老大哥”，艾特肯盆地可謂是記錄月球撞擊歷史的起始錨點(diǎn)，有助于為火星、水星等行星撞擊坑建立統(tǒng)一年齡標(biāo)尺。

長期以來，人類并未獲得來自艾特肯盆地“第一現(xiàn)場”的樣品實(shí)證。此前，科學(xué)家只能通過撞擊隕石坑統(tǒng)計法和研究地球上的月球隕石樣品、采集自月球正面的阿波羅樣品來推測。這些推測是否準(zhǔn)確？嫦娥六英樣品為回答這一問題提供了契機(jī)。

早在2023年，地質(zhì)地球所就提前成立了嫦娥六號月壤樣品研究團(tuán)隊，圍繞月背火山活動、磁場、揮發(fā)分、撞擊時間等一系列重大問題展開預(yù)研究。拿到樣品前，他們最關(guān)注的問題是哪種物質(zhì)能用于艾特肯盆地定年。通過查閱大量文獻(xiàn)調(diào)研，尤其是遙感光譜數(shù)據(jù)分析，他們認(rèn)為蘇長巖可能蘊(yùn)含著艾特肯盆地的撞擊密碼。

2024年8月24日，陳意團(tuán)隊在接到樣品后第一時間投入緊張而有條不紊的研究中。僅用兩周時間，他們就得出了初步結(jié)論。嫦娥六號著陸器降落的位置十分特殊，就在艾特肯撞擊坑內(nèi)部的另一個“疤痕”——更年輕的阿波羅撞擊坑南部邊緣。這意味著嫦娥六號采集的月壤樣品極可能蘊(yùn)含著不同時期的物質(zhì)碎片。

如何在這些碎片中精準(zhǔn)找到獨(dú)屬于艾特肯撞擊坑的碎片遺跡，并推理出精確的撞擊年代？這并非一道簡單的推理題。陳意團(tuán)隊在研究中反復(fù)驗(yàn)證推理邏輯的嚴(yán)謹(jǐn)性，并多次和國際同行交流。他們在5克月壤樣品中篩選出大于200微米的巖屑，通過人工精挑細(xì)選挑出600余顆巖屑，最后利用掃描電鏡開展大量的巖相學(xué)觀察與分析，終于找到了12顆具有代表性的蘇長質(zhì)巖屑顆粒。年代學(xué)研究給出的線索是，9顆來自38.7億年前、3顆來自42.5億年前。

接下來的關(guān)鍵問題是它們來自哪個時期。美國科學(xué)家在月球正面采集的阿波羅樣品中也含有蘇長巖，但這種蘇長巖是月球內(nèi)部熔融的產(chǎn)物，與撞擊這種外動力過程沒有關(guān)系。研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，盡管嫦娥六號蘇長質(zhì)巖屑在全巖成分和礦物組成上與阿波羅樣品中的蘇長巖一致，但在礦物的主、微量元素成分上有明顯區(qū)別。這些特征均指示其為撞擊熔巖。這是一類與阿波羅樣品蘇長巖完全不同的新型月球蘇長巖，被命名為南極-艾特肯蘇長巖（SPANs）。

為了進(jìn)一步完善證據(jù)鏈，陳意帶領(lǐng)團(tuán)隊增加了1000顆巖屑分析，從中又挑選出8顆蘇長質(zhì)巖屑進(jìn)行系統(tǒng)研究，最終發(fā)現(xiàn)總共有5顆蘇長質(zhì)巖屑記錄了42.5億年前的大型撞擊事件。另一方面，他們基于447GB的遙感數(shù)據(jù)，開展了艾特肯盆地內(nèi)部及周邊地區(qū)大范圍巖性填圖和溯源，發(fā)現(xiàn)嫦娥六號采回的42.5億年前的蘇長巖與著陸區(qū)南部艾特肯盆地內(nèi)環(huán)成分異常區(qū)的蘇長巖極為相似。

據(jù)此，研究團(tuán)隊最終判定，月球艾特肯盆地形成于42.5億年前，嫦娥六號著陸區(qū)的阿波羅盆地則形成于38.7億年前。這項研究強(qiáng)有力地證明了艾特肯盆地的年齡為42.5億年，為重塑月球早期一級演化序列提供了參考基點(diǎn)和科學(xué)依據(jù)。

成果背后，研究團(tuán)隊歇人不歇儀器，每個人都做好自己的工作，使整個流程不卡頓。這讓他們在兩周內(nèi)一氣呵成完成了樣品篩選、數(shù)據(jù)分析、論文撰寫。拿到嫦娥六號這個史無前例的月背樣品，他們都很興奮，求知欲非常強(qiáng)烈，希望盡快找到答案。能在艾特肯盆地年齡這個重要問題上給出中國人的答案，讓他們特別興奮?，F(xiàn)在，他們正以同樣的熱情投入下一步的月球樣品研究。