3月21日，中國(guó)科學(xué)家通過(guò)嫦娥六號(hào)采回的月球背面月壤樣品研究，取得了又一項(xiàng)重大突破：確定月球最古老、最大的撞擊遺跡—南極-艾特肯盆地(SPA盆地)形成于42.5億年前，為太陽(yáng)系早期大型撞擊歷史提供了初始錨點(diǎn)，對(duì)理解月球乃至太陽(yáng)系早期演化具有重大科學(xué)意義，成果刊登在學(xué)術(shù)期刊《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》。
月球作為地球唯一的天然衛(wèi)星，表面遍布了大小不一的隕石撞擊坑，是太陽(yáng)系撞擊的歷史印記。其中，直徑約為2500公里的巨型撞擊坑SPA盆地，是月球最為古老的撞擊疤痕，記錄了月球幼年時(shí)期遭受的巨大“創(chuàng)傷”。SPA盆地的形成時(shí)間不僅是月球演化歷史的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和撞擊歷史的起始錨點(diǎn)，還可作為校準(zhǔn)太陽(yáng)系撞擊史的黃金參照，為火星、水星等行星撞擊坑建立統(tǒng)一年齡標(biāo)尺，是太陽(yáng)系留給人類(lèi)珍貴的“宇宙時(shí)鐘”。因此，精確限定SPA盆地形成時(shí)間，是國(guó)際深空探測(cè)領(lǐng)域長(zhǎng)期以來(lái)的首要科學(xué)目標(biāo)之一，但同時(shí)也是月球科學(xué)研究領(lǐng)域中的最大懸案之一。
目前，主要有兩種方法對(duì)SPA盆地形成時(shí)間進(jìn)行推測(cè)：
通過(guò)撞擊隕石坑統(tǒng)計(jì)法獲得的年齡范圍從42.6億年至>43.3億年不等；
通過(guò)月球隕石樣品和采自月球正面的阿波羅樣品的樣品研究，發(fā)現(xiàn)43.5-43.3億年發(fā)生過(guò)一次全月球的熱事件，推測(cè)為SPA大型撞擊事件。
然而，人類(lèi)從未獲得來(lái)自月球背面SPA盆地“第一現(xiàn)場(chǎng)”的樣品實(shí)證。
此前，中國(guó)嫦娥六號(hào)任務(wù)成功返回采自月球背面SPA盆地內(nèi)部的月壤樣品，這是人類(lèi)最可能確定該盆地形成時(shí)間的一次機(jī)遇。然而，嫦娥六號(hào)著陸器位于SPA盆地內(nèi)部阿波羅盆地的月海玄武巖區(qū)，這一區(qū)域在SPA大型撞擊之后，還經(jīng)歷了多次撞擊和28億年的玄武巖噴發(fā)覆蓋，導(dǎo)致嫦娥六號(hào)月壤蘊(yùn)含著不同時(shí)期的物質(zhì)碎片。遙感光譜數(shù)據(jù)和撞擊濺射模擬結(jié)果顯示，SPA盆地和阿波羅盆地內(nèi)部的非月海物質(zhì)主體均為蘇長(zhǎng)質(zhì)巖石，嫦娥六號(hào)月壤樣品有可能捕獲來(lái)自阿波羅盆地、SPA盆地以及周邊區(qū)域其他撞擊坑的濺射物，這些非月海物質(zhì)可能蘊(yùn)含著月球早期的撞擊密碼。如何精準(zhǔn)破譯代表SPA盆地的撞擊密碼，成為限定該盆地形成時(shí)間的首要挑戰(zhàn)。
中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所陳意研究員帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)從5克月壤中分選出1600余顆>200微米的巖屑，基于細(xì)致的巖石學(xué)分類(lèi)，從中挑選出20顆具有代表性的蘇長(zhǎng)質(zhì)巖屑顆粒，開(kāi)展巖石學(xué)、地球化學(xué)和年代學(xué)研究工作。
研究發(fā)現(xiàn)，盡管這些蘇長(zhǎng)質(zhì)巖屑在全巖成分和礦物組成上與月球正面阿波羅樣品中的蘇長(zhǎng)巖一致，但在礦物的主、微量元素成分上有明顯區(qū)別。極低的揮發(fā)性元素含量、較高的Ni/Co比值和熔融殘留礦物，均指示這些蘇長(zhǎng)質(zhì)巖屑為撞擊熔巖，是一類(lèi)新型的月球蘇長(zhǎng)巖，團(tuán)隊(duì)將其命名為南極-艾特肯蘇長(zhǎng)巖(SPANs)。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步通過(guò)巖屑中微小(1-5微米)含鋯礦物開(kāi)展鉛同位素定年分析，識(shí)別出42.5億年和38.7億年兩期撞擊事件。其中42.5億年蘇長(zhǎng)巖呈現(xiàn)不同的礦物粒度和結(jié)構(gòu)，并且礦物的主、微量元素從粗粒到細(xì)粒呈現(xiàn)明顯演化趨勢(shì)，表明它們來(lái)自同一撞擊巖漿池不同層位分離結(jié)晶的產(chǎn)物。
為了追溯這一古老撞擊成因蘇長(zhǎng)巖的源區(qū)，團(tuán)隊(duì)基于447GB的遙感數(shù)據(jù)，開(kāi)展了SPA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)42.5億年蘇長(zhǎng)巖來(lái)自SPA盆地內(nèi)環(huán)的成分異常區(qū)。綜合以上證據(jù)，團(tuán)隊(duì)最終限定SPA盆地形成于42.5億年前。
該項(xiàng)成果證明，在太陽(yáng)系形成之后約3.2億年，一次大型撞擊事件形成了月球最大的撞擊遺跡——SPA盆地，為月球撞擊坑統(tǒng)計(jì)定年法提供了來(lái)自月背的初始錨點(diǎn)?；谠虑蛘鏄悠沸Ｕ淖矒羟€計(jì)算SPA盆地模式年齡與同位素定年結(jié)果基本一致，表明月球早期正面和背面的撞擊通量大致相當(dāng)。此外，該項(xiàng)工作確認(rèn)43.5-43.3億年的全月熱事件與SPA大型撞擊無(wú)關(guān)，為重塑月球早期一級(jí)演化序列提供了參考基點(diǎn)和科學(xué)依據(jù)。
(總臺(tái)央視記者 帥俊全 任梅梅)