2021年7月12日中科院地质与地球物理所的科研人员在扫描电子显微镜下对月球样品进行成分分析。（任晖摄 受访单位供图）
新华社北京10月19日电（记者喻菲、申峰）嫦娥五号在人类近半个世纪以来首次取回月壤，中国科学家对样品的研究显示，月球在地质意义上“死亡”的时间比原先认为的晚8亿年，但月球晚年依然迸发活力的原因扑朔迷离，进而为全世界科学家指出新的研究方向。
中科院地质与地球物理所和国家天文台联合多家研究团队所做的嫦娥五号月球样品研究进展以三篇论文形式19日在线发表在《自然》杂志上。
“嫦娥五号任务非常成功，新研究成果为人类进一步揭示月球演化历史提供了非常重要的新资料和新认识。”领导此项研究的中科院院士李献华说。
地质与地球物理所离子探针实验室主任李秋立研究员说，如果将岩浆比喻为星球的血液，那么月球的血液早已凝固，停止了地质演化。月球上的岩浆活动何时停止是近几十年来被学术界持续关注和尚未解决的科学问题。
此前，美苏取回的月球样品测定的年龄都大于30亿年，最年轻的月球陨石的年龄也大于28亿年。月球早早就结束了生命吗？这还需要更多样品验证。嫦娥五号月球采样的重要任务之一就是探索月球最年轻的岩浆活动。
李秋立说，月球表面遍布几十亿年来留下的陨石撞击坑，统计撞击坑是估算一片区域岩石相对年龄的方法。科学家通过统计撞击坑推测，嫦娥五号着陆区极有可能是月球上最晚有火山喷发的区域之一，亟待放射性同位素定年法对取回的样品精确测定。
2021年7月12日中科院地质与地球物理所的实验人员在显微镜下对月壤中的微米级颗粒进行分类。（任晖摄 受访单位供图）
实验人员在显微镜下，从获得的3克月壤粉末中手工挑出一粒粒岩石碎屑，其难度如白面粉中掺了黑面粉，手工将它们分开。接着再从中找到最适于测定年龄的矿物，这类矿物大多只有头发直径的二十分之一大小。
李秋立说，其团队为研究中国自己取回的月球样品早有准备，在过去十余年持续研发离子探针技术，达到国际领先水平。
“我们尽可能多地分析不同结构的岩屑，最终我们对47粒、4种类型的岩屑中的各种矿物开展了200余次测定。”李秋立说，“每个测试大约10分钟，这个过程我手心都在冒汗。”
结果显示，样品的精确年龄为20.3亿年，也就是说大约20亿年前月球上仍有火山活动，比原先认为的记录推迟了8亿年以上。
“月球质量只有地球的1.2%，理应早就完全固化了。我们进一步探讨月球为什么那么晚依然有火山活动。”李献华说。
地质与地球物理所纳米离子探针实验室主任杨蔚研究员介绍，现有的理论认为，月球形成之初，曾被深达数百公里的岩浆洋覆盖。随着岩浆洋不断结晶，不相容元素在残余熔体中不断富集，形成富含钾（K）、稀土（REE）、磷（P）的岩石，被简称为克里普岩（KREEP）。一个流行的假说是，克里普岩富含的放射性元素为月球持续的岩浆活动提供主要热源。
“我们的研究试图去揭示克里普对月球最晚的岩浆活动有什么贡献。同位素测定是识别克里普组分最有效的方式，它们就像是岩石的DNA。”杨蔚说。
2021年7月15日中科院地质与地球物理所的科研人员在对月球玄武岩开展年龄测试。（任晖摄 受访单位供图）
他说：“月壤样品中的玄武岩颗粒都异常微细，要想获得玄武岩同位素比值并非易事。如果说常规方法做DNA鉴定需要抽一大管血，而我们面临的问题是只能用一滴血。”其团队经过多年技术积累，研发出超高空间分辨的激光原位分析方法。
分析结果出乎所有人的预料。
“嫦娥五号玄武岩形成过程中，克里普组分的贡献不足0.5%。”杨蔚说。
这一发现意味着，维持月球长期岩浆活动的，并非是因为月幔中富含克里普。那么是什么原因造成月球晚年的火山活动呢？科学家又把目光投向了水，如果月幔源区水含量高，可能会降低源区物质的熔点导致熔融。
地质与地球物理所林杨挺研究员说，这里所说的水不是通常意义的水，而是存在于矿物中的结构水。月球内部是“干”还是“湿”是科学家长期争论的问题，月球内部水含量不仅是验证月球大碰撞假说的关键证据，而且对岩浆的熔融和结晶都有重要影响。
形成争议的一个原因是此前研究的阿波罗样品和月球陨石年龄都很古老，经历了小行星、彗星撞击以及太阳风注入等后期改造，撞击使不同来源的样品混杂在一起。
“嫦娥五号取回了最年轻的月球玄武岩，样品来源单一，地质背景清晰，从而为解答月球内部水的疑问提供了绝佳机会。”林杨挺说。
研究团队用高空间分辨的纳米离子探针分析了嫦娥五号玄武岩中的水含量和氢同位素组成。其中，氢同位素组成相当于“指纹”，可用来识别水的来源或经历的岩浆过程。
结果显示，嫦娥五号玄武岩的源区非常“干”，比用阿波罗月岩和月球陨石估算的月幔水含量还要低。这表明造成月球火山活动延长8亿年的原因，并非月幔源区水含量高而导致熔点降低之故。
李献华说，这些新发现为未来月球探测提出了新的科学问题，科学家需要另寻月球岩浆活动延长的机制。此外，本次嫦娥五号样品年龄精确的测定极大提高了撞击坑统计定年法的精确度，对太阳系其他行星的年代学研究至关重要。
“随着嫦娥工程‘绕、落、回’三步走的实施，我们对月球的认识不断深入，取得新发现的同时提出了更多的科学问题，中国科学家提出的问题希望也能由中国科学家来解答。”林杨挺说。
