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月球比想象中活得更久!嫦娥五号月壤研究再迎重要发现

科技前沿 admin 2个月前 (10-23) 30次浏览 已收录 0个评论 扫描二维码

 

来源:中国青年报客户端

中青报・中青网记者 张茜

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”?这些备受瞩目的科学问题,如今迎来了突破性研究进展。

10月19日,中国科学院在北京举行新闻发布会,发布了嫦娥五号月球科研样品最新研究成果,并围绕上述问题作了解答。当天下午,由中国科学院地质与地球物理研究所(以下简称地质地球所)和中国科学院国家天文台主导,多家研究机构合作的3篇相关研究论文,在国际学术期刊《自然》正式上线。

此次研究的嫦娥五号月球样品,是一新类型的月海玄武岩,研究人员对着陆区岩浆年龄、岩浆发源地区(以下简称源区)性质给出全新的认识――月球最“年轻”的玄武岩年龄为20亿年,这意味着,月球在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8亿-9亿年;其晚期岩浆活动的源区,不富含放射性元素,并且月幔源区几乎没有水。这批研究成果,填补了人类对月球晚期演化历史认知的空白。

月球比想象中活得更久,20亿年前仍存在岩浆活动

月球火山活动是分析月球演化进程的重要依据。此前,来自美国、苏联的月球样本和地球上月球陨石的研究已证实,月球的生命特征之一――岩浆活动持续到大约28至30亿年前。但是,对于月球岩浆活动停止的确切时间,科学界一直存在争议。

这一次,我国科学家对嫦娥五号月球科研样品的研究成果对旧有认识提出了挑战,证实月球最“年轻”玄武岩年龄为20亿年。也就是说,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8亿-9亿年。

据《自然》论文通讯作者、中国科学院院士、地质地球所研究员李献华介绍,此次嫦娥五号玄武岩的精确年代学数据,为撞击坑统计定年曲线提供了关键锚点,将大幅提高内太阳系星体表面的撞击坑统计定年精度。此次研究采用的超高空间分辨率的定年和同位素分析技术处于国际领先水平,为珍贵地外样品年代学等研究提供了新的技术方法。

月球比想象中活得更久!嫦娥五号月壤研究再迎重要发现

月球为何活得更久?并非因源区富集放射性元素供热,也不是因富含水

那么,月球最晚期的岩浆活动为何比此前推测的时间晚呢?

李献华说,月球最晚期岩浆活动的成因一直是未解之谜,目前科学界认为存在两种可能的解释:岩浆源区中富含放射性元素以提供热源,或富含水以降低月幔熔点。

寻着这两种思路,我国科学家进行了进一步探究,取得了两项意料之外的结果。

其一,基于地质地球所研发的超高空间分辨率同位素分析技术,此次最新研究发现,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。

李献华说,嫦娥五号样品富集克里普物质的特征,是由于岩浆本身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着陆区岩石初始岩浆熔融热源来自放射性生热元素的假说,揭示了月球晚期岩浆活动过程。

其二,对于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,也就是说月幔非常的“干”。

李献华告诉记者,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。

至此,此次科研成果向世界昭示,月球到20亿年前还“没有完全死去”,既不是得益于源区富集放射性生热元素,也不是因为水含量高,那么到底是出于什么原因呢?

该系列成果对月球热演化历史研究提出了新的科学问题,月球冷却如此之慢的原因并不清楚,需要全新的理论框架和演化模型,对未来的月球探测和研究提出了新的方向。

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,彰显了我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”。

团队平均年龄为39岁,“把任务交给我们,我都替所长捏把汗”

据了解,国家航天局探月与航天工程中心受国家航天局委托,实施月球样品的具体管理工作。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 mg样品。

中国科学院第一时间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,全面开展嫦娥五号月球科研样品综合分析和研究,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”。

值得关注的是,这批研究成果的研究团队平均年龄仅39岁。

谈及参与此次研究的心路历程,中国科学院地质地球所青年研究员杨蔚幽默地说:“我们这个团队很多都是90后,真的是‘破四唯’。所长把这个任务交到我们手上,我都替所长捏把汗!”

中国科学院地质地球所所长吴福元说:“月球样品非常珍贵,大家都没接触过。我们拿到的样品很细,一打开,可能静电效应就已经把它损耗掉了,所以一开始年轻人不敢做。我们鼓励大家拿方案,集体讨论,最后定下来如何实施。”

为了给年轻人减轻思想负担,吴福元说:“如果按照方案一步步小心操作仍然出现问题,那就是我们做科研工作必须交的学费。”

研究工作时间紧任务重,科研计划细致到“以小时计”。经过科研人员日夜奋战,第一个定年数据,只用了53小时就成功出炉。

这样的速度是如何拼出来?杨蔚道出了年轻科研人员的心声:“人的一生遇到这种大事的机会不多,我们确实有一种使命感。拿到月球样品大家都很激动,每个人身上但凡有一点绝技,都特别想贡献出来。”

他说:“同时,我们也是有充分准备的,相信可以成功完成任务。”

中国青年报客户端北京10月19日电


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