圖為嫦娥六號返回樣品中兩種不同年代玄武巖的分析結果。（李秋立供圖）

編者按 日前，國家自然科學基金委員會發(fā)布了2024年度“中國科學十大進展”（簡稱“十大進展”）。為讓讀者深入了解過去一年我國基礎研究領域最具代表性的成果，本報將陸續(xù)刊發(fā)由“十大進展”完成人撰寫的解讀文章。

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作為地球唯一的天然衛(wèi)星，月球是地球最親昵的伙伴，但它始終以同一面朝向地球，和地球只是“一面之交”。因此，在人類數千年的仰望中，月球的背面始終籠罩著神秘面紗。

1959年，蘇聯的“月球3號”探測器在掠過月球背面時拍攝了29幀圖像，就這一瞬的回眸，使得人類第一次看見了月球的“后腦勺”。此后數十年，多國相繼發(fā)射月球軌道探測器，對月球全球進行了細致的探測活動，繪制了全月圖像，但對月球背面的認知依然還停留在“遠觀”的階段。

月球的正面和背面宛如“陰陽兩極”——正面遍布著暗黑色的月海玄武巖，好似黑色的“海洋”，而背面的月海玄武巖卻極其匱乏，以古老的高地和大大小小的隕石撞擊坑為主。

除此之外，月球的兩面還在地形高度、月殼厚度和物質成分等方面存在顯著差異，這種強烈的反差被稱為月球的二分性。其成因一直困擾著科學界，成為現今月球科學最大的關鍵問題之一。直至2024年，嫦娥六號探測器順利從月球背面帶回1935.5克世界首份月背樣品后，這一窘境才得以改善。

月球背面同樣存在火山活動

嫦娥六號著陸區(qū)位于月球背面的南極—艾特肯盆地東北角的阿波羅撞擊坑邊緣。該盆地是月球上最大（直徑約2500公里，相當于廣州到北京的距離）、最深（滲透深度在120公里左右）且最古老的盆地。復雜的地質構造背景和潛在的巖石種類多樣性使得南極—艾特肯盆地成為研究月球二分性的最佳實驗場。

同位素定年分析可以確定樣品形成于什么時代，就像人可以知道什么時候出生的一樣，而同位素組成就如同人的基因一樣，可以用于判別巖石是從哪里來的。中國科學院廣州地球化學研究所團隊（以下簡稱“我們團隊”）針對性地升級改造了現有的同位素分析技術，對月球背面月海低鈦玄武巖進行分析，低鈦玄武巖巖漿來自于一個極度虧損鉀（K）、稀土（REE）、磷（P）組分（簡稱KREEP，富含放射性生熱元素，傳統(tǒng)觀點認為其能為月球持續(xù)的火山活動提供熱源）的月幔源區(qū)。我們團隊首次揭示了嫦娥六號著陸區(qū)的火山活動時間為28億年，證實了月球背面和月球正面同樣存在年輕的火山活動。

此外，中國科學院地質與地球物理研究所團隊還發(fā)現一顆高鋁玄武巖顆粒，它形成于42億年前，證明月背至少存在了14億年的火山活動歷史。

以上認識極大地豐富了月球火山活動歷史，為全面認識月球演化歷史提供了關鍵科學證據。

“背靠背”集體攻關

嫦娥六號返回樣品是在2024年8月24日上午10：30發(fā)放，到達中國科學院廣州地球化學研究所已是19：00，相關工作馬上開始展開。8月25日，我們團隊完成樣品前處理，8月26日進行圖像學處理，鎖定了定年礦物。拿到樣品后一周內，完成了所有微區(qū)分析的數據采集工作。9月9日，向國家航天局探月中心提交了研究報告。

中國科學院地質與地球物理研究所團隊和我們團隊分別于9月7日和9月13日將研究成果投稿到了《自然》和《科學》雜志上。巧合的是，兩篇研究論文均于11月15日在線發(fā)表。

嫦娥樣品的科學研究作為嫦娥探月工程的延續(xù)，不僅肩負著國家月球樣品科學研究的殷殷期望，更是承載著人類對探索未知世界的美好愿景。

中國科學院廣州地球化學研究所和中國科學院地質與地球物理研究所，在同一時間領到了研究任務，采取“背靠背”的模式，各自獨立開展相關研究。

最終在同樣高效的情況下，獲得了一致的可靠數據，這充分展示了中國科研工作者在原位微區(qū)定年、原位微區(qū)同位素示蹤等方面的研究實力，并為后續(xù)更多的深空探測任務返回樣品的研究打下了堅實基礎。

（作者崔澤賢系中國科學院廣州地球化學研究所工程師，張樂系中國科學院廣州地球化學研究所高級工程師，徐義剛系中國科學院廣州地球化學研究所研究員、中國科學院院士）