嫦娥带回的月壤藏着什么秘密？

张淼

2020年12月17日凌晨，历经十多天的太空工作，嫦娥五号携带来自风暴洋吕姆克山的1731克月壤返回地面。在此之前，人类最近一次取得月壤样品，还是在1976年，苏联月球24号登月。40多年后，中国成为全球第三个去月球“挖土”的国家。

12月19日，在国家航天局举行的探月工程嫦娥五号任务月球样品交接仪式上，中国科学院院长侯建国从国家航天局局长张克俭手中接过嫦娥五号样品容器。经初步测量，嫦娥五号任务采集月球样品重1731克。随后，样品抵达中科院国家天文台月球样品实验室，经过称重、抽真空、充氮气等一系列操作后，最终转运至“地外样品存储和解封室”，正式开始解封和处理。中国首次地外天体样品储存、分析和研究工作就此拉开序幕。

根据嫦娥五号设定的科学目标，科学家后续将对月球样品进行系统、长期的实验室研究，分析月壤的结构、物理特性、物质组成，深化月球成因和演化历史的研究。

月球是地球唯一的天然卫星，也是距离人类最近的一颗天体。月球如何形成，和地球又有什么关系？人们对月球的身世一直充满强烈的好奇心。

20世纪以来，科学家先后提出4种不同的月球起源假说：月球和地球在同一个系统里吸积气体和尘埃而成的“双星吸积说”，由地球早期自转过快而甩出去的“分裂说”，月球是地球引力所捕获的“捕获说”，以及月球是由其他行星撞击地球所形成的“大撞击说”。

其中，“大撞击说”被越来越多的科学家所接受。

“大撞击说”认为，约在45亿年前，一颗火星大小的天体撞上了原始地球。巨大的能量使整个撞击体和地球的外圈层物质被熔融、气化、混合，其中一部分逐渐聚集形成了月球。

为了证明“大撞击说”，科学家可谓竭尽全力。上世纪六、七十年代，美国阿波罗计划陆续从月球带回了总重达382千克的岩石，为人类了解月球提供了样本。探测数据显示，月球物质中挥发性组分大量丢失、金属核很小但与地球具有相似的氧化还原程度，这一系列发现都可以成为支持“大撞击说”的证据。

此外，月球陨石也成为了人类了解月球的一扇窗口。地球化学研究者通过对月球陨石阿波罗月岩样品的研究发现，地球和月球上氧的同位素的组成相同。这意味着月球与地球存在相同的“基因”。

用中国月球探测工程首任首席科学家、中科院院士欧阳自远的话说：“千真万确，月球是地球的女儿。”

不过，阿波罗计划在月球上取样范围毕竟有限，而月球陨石来源的不确定性和遥感探测获得信息的局限性，使得对月球起源的研究总是“隔靴搔痒”。只有从月球上更多的地方挖回来“真土”，才能够得到更多有关“大撞击说”的证据。

在美苏探月之后，时隔半个世纪，嫦娥五号承担起这一重任。经过约38万公里，一周左右的地月转移、近月制动、环月飞行之旅，2020年12月1日晚，嫦娥五号探测器稳稳降落在月球正面风暴洋北部吕姆克山、夏普月溪附近。这是中国探测器第三次在月球表面成功软着陆，也是人类探测器首次踏足月球上的这一区域。

着陆后，嫦娥五号在月面工作近19个小时，顺利完成月球钻取采样及封装。

根据前期遥感影像资料，嫦娥五号着陆区是13亿～20亿年前形成的玄武岩，不同于以往人类登月时降落的9个地点，和月球45亿年的年龄相比，这里是非常“年轻”的地区。此前，嫦娥四号在月球背面更加古老的南极-艾特肯盆地着陆，那里被认为在42亿～43亿年前便已形成。

“岩浆洋假说”可以被视为大撞击的结果之一，也是证实“大撞击说”的重要拼图。

据国际学术期刊《科学》在1970年1月刊登的一篇文章，美国史密森尼天文台的研究人员在1676块月球岩石碎片中发现了61块斜长岩，特别是在月球上表面明亮的高地势地区。这些新发现给了他们极大的启示——斜长岩的密度较小，在岩浆中能够漂浮在顶部。据此，他们提出一种新的月球演化模型，即“岩浆洋假说”。这一假说指的是，大撞击后形成的月球被一层全球性的岩浆覆盖，形成了约400公里甚至更深的岩浆洋。

这是一幅无比壮观又难以想象的画面：在距离我们最近的一颗星球上，曾经覆盖着漫无边际、炽热的岩石熔融体。好比一锅热汤，刚开始冷却的时候，更重的物质橄榄石和辉石首先结晶析出，堆积在最底部，然后轻一些的斜长石结晶漂浮到月球表面聚集形成斜长岩高地。

2019年5月，就在嫦娥四号抵达月球半年后，中科院国家天文台研究员李春来带领的团队在《自然》上发表相关结果。嫦娥四号在就位光谱探测中发现了来自月球深部的橄榄石和低钙辉石。这不仅直接揭示了月幔物质的组成，也成为支持“岩浆洋假说”的有力证据。

另一项有力证据来自于嫦娥三号探测到的信号。随着岩浆洋“热汤”不断冷却固化，残留岩浆中的不相容元素含量逐渐升高，最终留下富集钾、稀土元素、磷的特殊月岩——“克里普岩”。

2015年，根据“玉兔号”发回的微量元素信息，中科院地质与地球物理研究所研究员林杨挺团队推断，“嫦娥三号”着陆区的玄武岩含有10%～20%“克里普岩”物质。不过，要证实“克里普岩”的确存在，还需要更加确凿的数据，比如从月球样品中直接得到它的化学成分。

科学家期待，嫦娥五号带回的月球样品，将讲述一个关于月球晚年的故事。年轻的风暴洋能够更多富集铀、钍、钾等放射性元素，对其开展高精度年代学分析，结合微量元素和稳定同位素信息，有望对月球内部冷却历史及其岩浆演化晚期过程，给出更精确的描述。