嫦娥五号返回的样本揭示了月球岩石的关键年龄

中国航天局最近发射的月球探测器带回了 40 多年来第一批新鲜的月球岩石和碎片样本。现在，一个国际科学家团队——包括一位来自圣路易斯华盛顿大学的专家——已经确定了这些月球岩石的年龄接近 19.7 亿年。

“这是缩小 20 亿年差距的完美样本，”艺术与科学地球与行星科学斯科特鲁道夫教授兼该大学麦克唐纳空间科学中心主任布拉德乔利夫说。Jolliff 是中国地质科学院领导的新月岩分析的美国合著者，该分析于 10 月 7 日发表在《科学》杂志上。

年龄确定是成功的嫦娥五号任务报告的首批科学成果之一，该任务旨在收集月球上一些最年轻的火山表面的岩石并将其送回地球。

“当然，‘年轻’是相对的，”乔利夫说。“阿波罗收集的所有火山岩的年龄都超过了30亿年。而且所有通过样本分析确定年龄的年轻撞击坑都小于10亿年。所以嫦娥五号样本填补了一个关键差距。”

Jolliff 提到的差距不仅对研究月球很重要，而且对研究太阳系中的其他岩石行星也很重要。作为一个行星体，月球本身大约有 45 亿年的历史，几乎和地球一样古老。但与地球不同的是，月球没有多年来往往会抹去陨石坑的侵蚀或造山过程。科学家们已经利用月球持久的陨石坑来开发估计其表面不同区域年龄的方法，部分依据是该区域的陨石坑坑坑洼洼。

这项研究表明，嫦娥五号返回的月球岩石只有大约20亿年的历史。Jolliff 说，确定这些岩石的年龄后，科学家们现在能够更准确地校准他们的重要年代学工具。

“行星科学家知道，表面上的陨石坑越多，它就越古老；陨石坑越少，表面就越年轻。这是一个很好的相对决定，”乔利夫说。“但要确定绝对年龄，必须从这些表面获得样本。”

嫦娥五号样品提取。图片来源：中国国家航天局 (CNSA) 月球探测与空间工程中心

“阿波罗样本为我们提供了许多能够确定年代并与陨石坑密度相关的表面，”乔利夫解释说。“这个陨石坑年表已经扩展到其他行星——例如，水星和火星——说具有一定密度的陨石坑的表面有一定的年龄。”

“在这项研究中，我们得到了大约 20 亿年的非常精确的年龄，正负 5000 万年，”乔利夫说。“这是一个惊人的结果。就行星时间而言，这是一个非常精确的确定。这足以区分年表的不同表述。”

嫦娥五号样品返回舱。图片来源：中国国家航天局 (CNSA) 月球探测与空间工程中心

Jolliff 指出，该研究的其他有趣发现与返回样本中玄武岩的成分以及这对月球火山历史的意义有关。

可以这么说，Science论文中呈现的结果只是冰山一角。Jolliff 及其同事现在正在筛选风化层样本，寻找其他重要月球科学问题的关键，例如寻找从遥远的年轻撞击坑（如阿里斯塔克斯）扔到嫦娥 5 号收集站的零碎碎片，以确定可能的年龄这些小石头和其他撞击地点的材料性质。

Jolliff 与领导这项研究的北京敏感高分辨率离子微探针 (SHRIMP) 中心的科学家合作超过 15 年，其中包括研究合著者刘敦义。在华盛顿大学麦克唐纳空间科学中心的支持下，华盛顿大学及其地球与行星科学系以及位于中国威海的山东大学签署了一项特殊的合作协议，从而可以建立这种长期关系。

玄武岩碎片 B001 的二次电子显微镜图像。图片来源：中国地质科学院地质研究所北京虾中心

“进行新分析的北京实验室是世界上最好的实验室之一，他们在表征和分析火山岩样本方面做得非常出色，”乔利夫说。

“该财团包括来自中国、澳大利亚、美国、英国和瑞典的成员，”乔利夫继续说道。“这是以理想方式完成的科学：国际合作，免费共享数据和知识——并且所有一切都以最合议的方式完成。这是科学外交。”

嫦娥五号样品舱。图片来源：中国国家航天局 (CNSA) 月球探测与空间工程中心

Jolliff 是矿物学专家，并为这次嫦娥五号样本的研究提供了专业知识。他的个人研究背景专注于月球和火星、构成它们表面的材料以及它们讲述的行星历史。

分配给北京 SHRIMP 中心的月球土壤样品 CE5CO400 用于研究。图片来源：中国地质科学院地质研究所北京虾中心

作为月球勘测轨道飞行器相机科学团队的成员和华盛顿大学团队的负责人，支持美国宇航局的阿波罗下一代样本分析 (ANGSA) 计划，乔利夫调查月球表面，将轨道上可以看到的东西与月球表面的东西联系起来。通过对月球陨石和阿波罗样本的研究——现在，从嫦娥五号样本中了解月球。