3月21日，中國科學(xué)家通過嫦娥六號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，為太陽系早期大型撞擊歷史提供了初始錨點(diǎn)，對理解月球乃至太陽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《國家科學(xué)評論》。
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，記錄了月球幼年時期遭受的巨大“創(chuàng)傷”。SPA盆地的形成時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，是太陽系留給人類珍貴的“宇宙時鐘”。因此，精確限定SPA盆地形成時間，是國際深空探測領(lǐng)域長期以來的首要科學(xué)目標(biāo)之一，但同時也是月球科學(xué)研究領(lǐng)域中的最大懸案之一。
目前，主要有兩種方法對SPA盆地形成時間進(jìn)行推測：
通過撞擊隕石坑統(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)生過一次全月球的熱事件，推測為SPA大型撞擊事件。
然而，人類從未獲得來自月球背面SPA盆地“第一現(xiàn)場”的樣品實(shí)證。
此前，中國嫦娥六號任務(wù)成功返回采自月球背面SPA盆地內(nèi)部的月壤樣品，這是人類最可能確定該盆地形成時間的一次機(jī)遇。然而，嫦娥六號著陸器位于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)致嫦娥六號月壤蘊(yùn)含著不同時期的物質(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)主體均為蘇長質(zhì)巖石，嫦娥六號月壤樣品有可能捕獲來自阿波羅盆地、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間的首要挑戰(zhàn)。
中國科學(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，從中挑選出20顆具有代表性的蘇長質(zhì)巖屑顆粒，開展巖石學(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，均指示這些蘇長質(zhì)巖屑為撞擊熔巖，是一類新型的月球蘇長巖，團(tuán)隊(duì)將其命名為南極-艾特肯蘇長巖(SPANs)。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步通過巖屑中微小(1-5微米)含鋯礦物開展鉛同位素定年分析，識別出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，表明它們來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巖的源區(qū)，團(tuán)隊(duì)基于447GB的遙感數(shù)據(jù)，開展了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)42.5億年蘇長巖來自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)定年法提供了來自月背的初始錨點(diǎn)。基于月球正面樣品校正的撞擊曲線計(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大型撞擊無關(guān)，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)。
(總臺央視記者 帥俊全 任梅梅)