2021年7月12日中科院地質與地球物理所的科研人員在掃描電子顯微鏡下對月球樣品進行成分分析。（任暉攝 受訪單位供圖）
新華社北京10月19日電（記者喻菲、申峰）嫦娥五號在人類近半個世紀以來首次取回月壤，中國科學家對樣品的研究顯示，月球在地質意義上「死亡」的時間比原先認為的晚8億年，但月球晚年依然迸發活力的原因撲朔迷離，進而為全世界科學家指出新的研究方向。
中科院地質與地球物理所和國家天文台聯合多家研究團隊所做的嫦娥五號月球樣品研究進展以三篇論文形式19日在線發表在《自然》雜誌上。
「嫦娥五號任務非常成功，新研究成果為人類進一步揭示月球演化歷史提供了非常重要的新資料和新認識。」領導此項研究的中科院院士李獻華說。
地質與地球物理所離子探針實驗室主任李秋立研究員說，如果將岩漿比喻為星球的血液，那麼月球的血液早已凝固，停止了地質演化。月球上的岩漿活動何時停止是近幾十年來被學術界持續關注和尚未解決的科學問題。
此前，美蘇取回的月球樣品測定的年齡都大於30億年，最年輕的月球隕石的年齡也大於28億年。月球早早就結束了生命嗎？這還需要更多樣品驗證。嫦娥五號月球採樣的重要任務之一就是探索月球最年輕的岩漿活動。
李秋立說，月球表面遍布幾十億年來留下的隕石撞擊坑，統計撞擊坑是估算一片區域岩石相對年齡的方法。科學家通過統計撞擊坑推測，嫦娥五號著陸區極有可能是月球上最晚有火山噴發的區域之一，亟待放射性同位素定年法對取回的樣品精確測定。
2021年7月12日中科院地質與地球物理所的實驗人員在顯微鏡下對月壤中的微米級顆粒進行分類。（任暉攝 受訪單位供圖）
實驗人員在顯微鏡下，從獲得的3克月壤粉末中手工挑出一粒粒岩石碎屑，其難度如白麵粉中摻了黑麵粉，手工將它們分開。接著再從中找到最適於測定年齡的礦物，這類礦物大多只有頭髮直徑的二十分之一大小。
李秋立說，其團隊為研究中國自己取回的月球樣品早有準備，在過去十餘年持續研發離子探針技術，達到國際領先水平。
「我們儘可能多地分析不同結構的岩屑，最終我們對47粒、4種類型的岩屑中的各種礦物開展了200餘次測定。」李秋立說，「每個測試大約10分鐘，這個過程我手心都在冒汗。」
結果顯示，樣品的精確年齡為20.3億年，也就是說大約20億年前月球上仍有火山活動，比原先認為的記錄推遲了8億年以上。
「月球質量只有地球的1.2%，理應早就完全固化了。我們進一步探討月球為什麼那麼晚依然有火山活動。」李獻華說。
地質與地球物理所納米離子探針實驗室主任楊蔚研究員介紹，現有的理論認為，月球形成之初，曾被深達數百公里的岩漿洋覆蓋。隨著岩漿洋不斷結晶，不相容元素在殘餘熔體中不斷富集，形成富含鉀（K）、稀土（REE）、磷（P）的岩石，被簡稱為克里普岩（KREEP）。一個流行的假說是，克里普岩富含的放射性元素為月球持續的岩漿活動提供主要熱源。
「我們的研究試圖去揭示克里普對月球最晚的岩漿活動有什麼貢獻。同位素測定是識別克里普組分最有效的方式，它們就像是岩石的DNA。」楊蔚說。
2021年7月15日中科院地質與地球物理所的科研人員在對月球玄武岩開展年齡測試。（任暉攝 受訪單位供圖）
他說：「月壤樣品中的玄武岩顆粒都異常微細，要想獲得玄武岩同位素比值並非易事。如果說常規方法做DNA鑑定需要抽一大管血，而我們面臨的問題是只能用一滴血。」其團隊經過多年技術積累，研發出超高空間分辨的雷射原位分析方法。
分析結果出乎所有人的預料。
「嫦娥五號玄武岩形成過程中，克里普組分的貢獻不足0.5%。」楊蔚說。
這一發現意味著，維持月球長期岩漿活動的，並非是因為月幔中富含克里普。那麼是什麼原因造成月球晚年的火山活動呢？科學家又把目光投向了水，如果月幔源區水含量高，可能會降低源區物質的熔點導致熔融。
地質與地球物理所林楊挺研究員說，這裡所說的水不是通常意義的水，而是存在於礦物中的結構水。月球內部是「干」還是「濕」是科學家長期爭論的問題，月球內部水含量不僅是驗證月球大碰撞假說的關鍵證據，而且對岩漿的熔融和結晶都有重要影響。
形成爭議的一個原因是此前研究的阿波羅樣品和月球隕石年齡都很古老，經歷了小行星、彗星撞擊以及太陽風注入等後期改造，撞擊使不同來源的樣品混雜在一起。
「嫦娥五號取回了最年輕的月球玄武岩，樣品來源單一，地質背景清晰，從而為解答月球內部水的疑問提供了絕佳機會。」林楊挺說。
研究團隊用高空間分辨的納米離子探針分析了嫦娥五號玄武岩中的水含量和氫同位素組成。其中，氫同位素組成相當於「指紋」，可用來識別水的來源或經歷的岩漿過程。
結果顯示，嫦娥五號玄武岩的源區非常「干」，比用阿波羅月岩和月球隕石估算的月幔水含量還要低。這表明造成月球火山活動延長8億年的原因，並非月幔源區水含量高而導致熔點降低之故。
李獻華說，這些新發現為未來月球探測提出了新的科學問題，科學家需要另尋月球岩漿活動延長的機制。此外，本次嫦娥五號樣品年齡精確的測定極大提高了撞擊坑統計定年法的精確度，對太陽系其他行星的年代學研究至關重要。
「隨著嫦娥工程『繞、落、回』三步走的實施，我們對月球的認識不斷深入，取得新發現的同時提出了更多的科學問題，中國科學家提出的問題希望也能由中國科學家來解答。」林楊挺說。