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嫦娥五号的月壤,全球科学界到底有多稀罕?

嫦娥五号带回的1731克月壤,刚一公布相关研究成果,就在全球行星科学界引发了巨大的震动。直到现在,全球已经有超过20个国家的上百个顶尖科研团队,提交了样本申请,很多此前几十年都在研究阿波罗样本的资深科学家,都把自己的研究方向转向了嫦娥五号的新样本,这份新鲜样本的稀缺性,在全球范围内是有目共睹的。

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阿波罗 15 号载人登月任务中,首次使用了登月车并带回岩石约 77 千克

(图片来源:《九天揽月》)

最能体现这份稀缺性的细节,藏在NASA公开的内部邮件和学术会议的私下交流里。有一位在约翰逊航天中心研究阿波罗月岩超过40年的老科学家,手里攥着的阿波罗样本分配额度,几十年里从来没超过0.1克,连做一次高精度同位素分析都要反复申请半年以上。嫦娥五号的成果刚在《自然》发表,他第一时间就给中国的探月工程相关团队发了邮件,邮件里没有客套话,只写了一句:“我研究了一辈子30亿年以上的月岩,现在终于有机会摸到20亿年的新鲜月球样本了,哪怕只给我0.001克,我愿意把我过去40年的所有相关实验数据全部共享出来。”

欧美很多高校的行星实验室,甚至专门为了申请嫦娥五号的样本,临时调整了整个团队的研究方向。英国开放大学有一个做月球火山演化的团队,过去十几年一直靠阿波罗样本的二手数据做模拟,嫦娥五号的采样点公布之后,他们花了整整两年时间,针对性搭建了适配20亿年玄武岩的微量元素分析流程,连实验室的洁净台都专门做了升级,就为了在申请样本的时候,能拿出足够过硬的实验方案,证明自己不会浪费哪怕一点点珍贵的月壤。

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月球玄武岩

(图片来源:《九天揽月》)

2023年维也纳举办的欧洲行星科学大会上,嫦娥五号的相关专题分会场,原本只安排了一个能容纳100人的小会议室,结果开场前半小时,会场里就挤进去了近300人,连过道和门口都站满了人。不少研究了一辈子月球的老学者,特意从美国、澳大利亚飞过去,就为了听中国团队分享最新的样本研究细节。有一位德国的年轻博士生,在分会场结束后堵在讲者身边聊了快40分钟,他说自己从本科开始,所有的月球演化课程里用的都是阿波罗的老数据,现在终于有机会用全新的样本,写出完全不一样的毕业论文。

更有意思的是,过去欧美行星圈的很多学术论文,默认的基准数据都是基于阿波罗样本建立的,嫦娥五号的成果出来之后,短短两年时间里,全球顶刊上的月球相关论文,几乎一半都在引用嫦娥五号的样本数据。甚至有不少过去坚持“月球30亿年就完全地质死亡”的学者,主动在自己的新论文里修改了沿用几十年的理论模型,把嫦娥五号的20亿年玄武岩数据作为核心参考。

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嫦娥五号卫星在技术厂房

(图片来源:《九天揽月》)

这种“稀罕”从来不是什么舆论层面的热度,而是刻在每一个行星科学研究者的日常里:过去他们手里的样本,是半个世纪前别人挑剩下的、用了几十年的老材料,现在突然出现了一份完全新鲜的、来自从未涉足区域的样本,相当于一群翻了几十年旧书的人,突然拿到了一本全新的、没人看过的新书。为了能拿到几毫克的样本,不少团队愿意花几年时间打磨实验方案、升级设备,甚至主动开放自己攒了几十年的私有数据库,就为了能在这份跨越几十亿年的星尘里,找到一点属于自己的新发现。

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月球表面虹湾地区图

(图片来源:《九天揽月》)

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嫦娥五号的月壤,又刷新了多少认知?

最核心的颠覆,是直接改写了月球的“生命史”。此前基于阿波罗样本的主流推断认为,月球的内部能量在30亿年前就已经基本耗尽,火山活动完全停止,月球变成了一颗地质上完全“死亡”的天体。但嫦娥五号的月壤带回实验室之后,通过高精度的同位素测年,科学家测出这批来自风暴洋的玄武岩,形成时间只有20亿年,比此前人类已知的最年轻月岩还要年轻整整10亿年。这意味着月球的内部冷却速度,比之前所有人推断的都要慢得多,它的火山活动持续的时间,比此前的理论预测长了近三分之一,整个月球演化的经典框架,都需要重新修正。

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月球地面图片

(图片来源:《九天揽月》)

后续的一系列研究,还挖出了更多此前完全没有预料到的新发现。科学家在这批月壤里,发现了一种全新的月球矿物“嫦娥石”,这是人类在月球上发现的第六种新矿物,是一种天然的磷酸铁稀土矿物,此前从来没有在任何地外天体的样本里被发现过。他们还在月壤的玻璃质颗粒里,找到了大量来自太阳风的水痕迹,测算出月壤里的水含量,比此前遥感探测推断的数值要高得多,这为后续月球南极找水、建立月球科研站的资源利用,提供了最直接的实物依据。

更重要的是,这批样本里记录了20亿年以来,月球遭受的小天体撞击历史。此前人类对月球撞击频率的推断,全部是基于30亿年以上的古老高地样本,中间有整整10亿年的空白期,完全没有实物数据支撑。嫦娥五号的月壤里,保留了这10亿年里所有撞击事件留下的溅射物痕迹,科学家通过分析这些撞击玻璃的年龄,第一次精确还原了月球晚近时期的撞击频率,甚至可以反过来推算地球同一时期的小天体撞击事件——因为地球的地质活动太活跃,几十亿年的撞击痕迹几乎全部被风化和板块运动抹掉了,月球上的这些记录,相当于帮人类补上了地球演化史里缺失的那几页。

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中国第一幅全月球影像图

(图片来源:《九天揽月》)

现在嫦娥五号的月壤相关研究,已经产出了数百篇顶级期刊的论文,很多此前争论了几十年的行星科学谜题,靠着这份新鲜样本找到了新的答案。全球无数科研团队都在等着申请这份样本,不是因为它的“出身”特殊,而是因为它是人类手里唯一一份来自月球年轻区域的、完整保留原始状态的全新样本,它能告诉我们的关于月球、关于太阳系的秘密,还有太多太多没有被完全揭开。

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嫦娥五号着陆器模型

(图片来源:《九天揽月》)

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图片来源于

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《九天揽月》

编著:尹怀勤

出版单位:科学普及出版社

出版时间:2019年9月

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