直到最近，地質年代學家李獻華的研究還集中在地球上的熔岩上。但是，當中國的宇宙飛船在2020年12月送回中國的第一批月球岩石時，李獻華轉而研究它們。“我是一個研究地外岩石的新人，”李獻華說，他工作於中國科學院地質與地球物理研究所（IGG），位於北京。
李獻華是中國眾多行星科學家之一，他們首次有機會研究月球岩石。這些樣本由嫦娥五號宇宙飛船採集，是自NASA的阿波羅和蘇聯的 Luna 任務40多年前以來首次帶回地球的樣本。科學家們正在檢查這些樣本，以深入瞭解月球的演化。
這些研究開始產生令人興奮的結果。在過去六個月中，大約有六篇關於嫦娥五號樣本的論文發表。上週，在德克薩斯州休斯頓舉行的月球與行星科學會議上，一個關於中國月球任務的分會場展示了大約十幾項研究。
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“有很多年輕的中國研究人員參與進來，”印第安納州聖母大學的地球科學家克萊夫·尼爾說，他曾與中國的合作者一起研究嫦娥五號的樣本。他說，在休斯頓會議上，幾位研究生和學生展示了關於月球樣本的工作。尼爾說，這些岩石令人興奮，因為與之前收集的岩石相比，它們“代表了了解月球岩漿活動一個非常不同時期的視窗”。
最年輕的岩石
嫦娥五號任務從月球北部區域一片廣闊的熔岩平原（被稱為風暴洋）採集了1.7公斤的鬆散火山物質，稱為玄武岩。選擇該地點的部分原因是它可能包含比 Luna 和阿波羅任務訪問的區域更年輕的火山物質。希望這個更年輕的地點能夠提供對月球開始冷卻但仍具有火山活動時期的新見解。
去年7月，中國國家航天局向中國各地的科學家釋出了第一批樣本。約17.5克的細粒粉末和固體岩石被分發給從85個申請中選出的31個科學專案。隨後又進行了幾輪 lunar 樣本工作申請。
第一批團隊急於確定月球岩石的年代。10月7日，一個團隊報告說，玄武岩的年齡為19.6億年（誤差約為5700萬年）。不到兩週後，包括李獻華在內的另一個團隊證實了這些日期，估計年齡為20億年（誤差約為400萬年）。
結果證實，月球的火山活動持續時間比阿波羅岩石表明的活動高峰期晚了近十億年。但是，弄清楚是什麼推動了這種活動已被證明是棘手的。
一種基於衛星觀測的主要理論認為，在月球地幔中發現的鉀和釷等產熱放射性元素可能驅動了火山活動。但是，當 IGG 的另一個團隊檢查月球玄武岩時，他們確定這些元素的高含量並非來源。
另一種可能性是地幔中含有足夠的水，以降低物質熔化的溫度，並使岩漿更容易噴發。但是，IGG 的行星科學家林揚挺和他的同事發現，月球岩石可能來自相對乾燥的來源。
困惑
火山熱源的問題使科學家感到困惑。“我對此沒有答案，”林揚挺說，他之前研究過在地球上發現的隕石。
“這是一個非常大的科學問題，”中國科學院紫金山天文臺的行星地球化學家 Hsu Weibiao 說，因為這揭示了我們對月球演化還有多少需要了解。
Hsu Weibiao 收到了兩塊玄武岩碎片，他想知道，仔細觀察這些玄武岩是否會揭示它們實際上確實來自富含產熱元素的來源，因為林揚挺及其同事最近發表的研究是在包含許多材料的土壤樣本上進行的。Hsu Weibiao 發現這些岩石含有高含量的鈦，這表明它們來自地幔深處。
“我們正在探索所有可能性，”北京大學的地球化學家唐明說，他收到了兩顆微小的玄武岩顆粒，並將分析它們，以更好地瞭解它們形成的壓力和溫度。這些樣本對唐明來說是第一次，他以前研究過地球火山的岩漿。“對於我和許多其他對拓展他們領域感興趣的中國科學家來說，這是一個很好的機會，”唐明說。
目前，關於月球熱源的理論有很多。但是 Hsu Weibiao 說，將會有很多團隊試圖解開這個謎團並獲得關於月球的其他見解。自從嫦娥五號樣本到達以來，他已經看到許多研究人員加入了這個領域。今年，他的實驗室收到的渴望加入他們研究生課程的學生的申請比他們能夠容納的還要多。“這種情況以前從未發生過。”
林揚挺預計會有更多的研究人員參與進來。在未來十年內，中國計劃進行一次到月球南極的取樣返回任務，另一次到火星的取樣返回任務。
“二三十年前，這只是一個夢想。現在夢想成真了，”李獻華說。
本文經許可轉載，並於首次發表於 2022年3月15日。