北京時間10月19日,國際頂尖學術期刊《自然》發表了三篇中國嫦娥五號月球樣品返回任務的研究結果的論文,為月球熱演化和化學演化提供了新知:月球內部在約20億年前仍在演化,月球冷卻的速度可能比之前想的更慢。
三篇論文作者分別為中國科學院地質與地球物理研究所研究員李獻華、副研究員胡森以及研究員楊蔚。
嫦娥五號月球樣品屬於玄武岩,是迄今直接測年過的最年輕的月球樣品,年齡在20億年左右。對這些玄武岩的分析揭示了月球組成和水含量如何隨時間變化,或有助於人類理解月球的地質和地理化學演化。
2020年12月17日,嫦娥五號將約1.73千克的月球岩石樣本帶回了地球,距離之前美國阿波羅號和蘇聯Luna月球探測器帶回月球樣本已經過去了四十多年。這批樣本的采樣點在風暴洋東北角的玄武岩區域,是最年輕的月海玄武岩區域之一,形成於火山噴發之後。這些火山岩記錄了月球熱演化和化學演化的歷史。
之前對月球樣本進行的放射性同位素測年顯示,大部分月球火山活動在約29億年至28億年前停止。撞擊坑計數定年法是另一種計算行星表面年齡的方法,該方法預測月球可能在30億年至10億年前還有火山流,提示火山活動的持續時間可能比之前認為的更久。由於缺少返回樣品用於校准,撞擊坑計數定年法存在很大的不確定性。
不過,李獻華和同事對新樣品的分析發現,它們的年齡在20.3億年,將之前報道的月球火山活動時間又拉長了約8億年至9億年,說明月球內部在約20億年前仍在演化。
李獻華和同事估算的玄武岩年齡准確度很高,與最近報道的相同區域內樣本的分析結果相比更古老一些(10月7日,劉敦一與Alexander Nemchin在《Nature》上發表的一項研究證明月球在約19.6億年前仍存在岩漿活動)。
這一結果將月球內部仍在演化的時間從約30億年前推進至20億年前。月球玄武岩的最新年齡也被用來更好地校准撞擊坑計數定年法的模型,以便對太陽系其他行星表面進行測年。