月球虽然是地球的近邻，但人类对其了解仍然相当有限。月球上火山活动何时停止？曾经的岩浆活动如何维持？月幔到底有多“干”？近日，基于嫦娥五号首批月球样品的系列科研成果出炉，为上述问题找到了令人信服的科学答案。

10月19日，中国科学院地质与地球物理研究所（以下简称地质地球所）和国家天文台主导，联合多家研究机构发表三篇《自然》论文和一篇《国家科学评论》论文，报道了月球相关研究的最新突破性进展。

嫦娥五号月壤样品。中国科学院科学传播局科技摄影联盟供图

月球更“长寿”了！

对于人类来说，月球的“真实年龄”一直是个秘密。

中国科学院院士、中国探月工程首任首席科学家欧阳自远告诉记者，火山活动是一颗星球生命力的象征。火山活动的停止，意味着这颗星球进入到沉寂状态，失去活力，相当于已经“死去”了。

那么，月球的火山活动究竟是在何时停止的？此前，人类通过对来自美国、前苏联的月球样本和地球上月球陨石的研究证实，月球岩浆活动至少持续到大约28至30亿年前，古老的岩浆喷发活动留下的黑色玄武岩形成了所见的“月海”。

在此次发表的研究中，科研人员利用超高空间分辨率铀-铅定年技术，对嫦娥五号月球样品玄武岩岩屑中50余颗富铀矿物进行分析，确定玄武岩形成年龄为20.30±0.04亿年，证实月球最“年轻”玄武岩年龄为20亿年。

该研究证明，月球直到20亿年前仍存在岩浆活动，比以往月球样品限定的岩浆活动停止时间延长了约8亿年。也就是说，和人类原先的认知相比，月球变“长寿”了8亿岁。

2020年12月17日凌晨，“嫦娥五号”返回器携带月球样品返回地球。国家航天局供图

月幔其实非常“干”

对于另一个重要谜团，此次研究取得了意料之外的结果，对未来的月球探测和研究提出了新的科学问题和新的研究方向。

科研人员介绍，对于月球最晚期岩浆活动的成因这一未解之谜，目前科学界存在两种可能的解释：岩浆中富含放射性元素以提供热源，或富含水以降低熔点。

对于第一种猜想，此次研究基于地质地球所研发的超高空间分辨率同位素分析技术发现，嫦娥五号玄武岩初始熔融时并没有卷入富集钾、稀土元素、磷的“克里普物质”（这几种元素在地球化学上被称为“不相容元素”，意为不容易进入到固体中的元素），嫦娥五号样品富集克里普物质的特征，是由于岩浆后期经过大量矿物结晶固化后，残余部分富集而来。

这一结果排除了嫦娥五号玄武岩源区富含放射性生热元素的主流假说，揭示了月球晚期岩浆活动过程。

对于另外一种猜想，也就是岩浆源区是否富含水，科研团队利用地质地球所纳米离子探针研发的分析技术，测定了嫦娥五号玄武岩中的水含量和氢同位素组成，获得月幔源区的水含量仅为1-5微克/克。

这一结果说明，月幔非常的“干”。因此，这一发现也排除了月幔初始熔融时因水含量高而具有低熔点，导致该区域岩浆活动持续时间异常延长的猜想。

排除了上述两种主流的猜想后，月球最晚期的岩浆活动成因这一科学问题变得更加扑朔迷离，需要全新的理论框架和演化模型。

嫦娥五号模拟图。航天科技集团五院供图

刷新人类对月球的认知

这是首批由我国科学家主导独立完成的嫦娥五号月球科研样品研究成果，充分彰显出中国科学家的科研水平和创新能力。

这些成果得到国际专家的高度评价，美国新墨西哥大学月球与行星科学研究所的查尔斯·席勒高级研究员、卡内基研究所理查德·加尔森研究员等认为该系列成果“提供了迄今为止月球上确定的最年轻的玄武岩的证据”“改变了我们对月球的热历史和岩浆历史的认识”“对我们认识月球起源和演化具有重要的意义”。

2021年7月12日，嫦娥五号任务第一批月球科研样品正式发放，国内共有13家科研机构获得约17476.4毫克样品。为让月球样品的科研价值最大化，中国科学院在拿到样品之前就组织全院月球和行星科学领域的科研人员，开展多学科交叉的优势队伍协同攻关，于2021年5月正式设立重点部署项目“嫦娥五号任务月球科研样品综合研究”。此次发表的4篇文章，是该项目取得的首批研究成果。

中国科学院表示，未来将继续加强与国际科技界在月球样品研究方面的交流与合作。目前，中国科学院和法国空间研究中心以及法国科研中心在月球样品合作研究方面已经初步达成共识，双方将以人员交流和共同研究项目的形式开展互补合作。 

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