中國科學(xué)家通過分析嫦娥五號任務(wù)返回的“月球樣本”的獨(dú)特組成，對了解月球的過去提供了新的見解。

2.8億年前，當(dāng)一顆小行星或彗星撞擊月球表面時，它在不到一秒的時間內(nèi)產(chǎn)生了高達(dá)40吉帕斯卡(約40萬個大氣壓)的壓力。

這一碰撞不僅在月球表面留下了今天最明亮的隕石坑之一，而且還將一些土壤壓縮成一種特殊形式的二氧化硅，這種二氧化硅被稱為賽石英，不過在美國阿波羅號和蘇聯(lián)月球任務(wù)的樣本中從未得到證實(shí)。

上個月，貴陽中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所的一個研究小組在《極端條件下的物質(zhì)與輻射》雜志上報(bào)告說，這個過程可能比科學(xué)家們之前認(rèn)為的要復(fù)雜得多。

該論文的主要作者杜蔚說:“這種獨(dú)特的礦物質(zhì)很可能是在阿里斯塔克斯隕石坑產(chǎn)生的，然后向北噴射到嫦娥五號的采樣點(diǎn)?！?/p>

賽石英是在高壓和高溫下生成的，是自然界中密度最大、最堅(jiān)硬的二氧化硅形式之一。以前，與石英具有相同化學(xué)成分的賽石英只在火星和月球隕石中被發(fā)現(xiàn)。

杜說，這種礦石可以通過將石英置于100吉帕斯卡的壓力下合成，即地核深處3400公里處的壓力。

2020年12月，中國的“嫦娥五號”任務(wù)從月球面向地球的一面的大片黑暗區(qū)域帶回了1.73公斤的月球土壤。2022年，杜和她在貴陽的同事在嫦娥五號樣本中發(fā)現(xiàn)了賽石英。

在分析了由中國國家航天局提供的30毫克樣品后，他們檢測出了賽石英和一些斯英石的存在——一種比賽石英密度更大的二氧化硅形式。

杜說:“我們非常驚訝，我們使用了多種方法來確認(rèn)它是賽石英。”

科學(xué)家們在解釋它的存在方面面臨挑戰(zhàn)，因?yàn)殡m然賽石英可能是在撞擊中形成的，但碰撞也會導(dǎo)致高溫，在高溫下，這種礦物會變得不穩(wěn)定，并傾向于逆行成其他形式。

進(jìn)一步的分析使研究人員相信，月球上的形成過程與實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生賽石英的過程不同。

杜說，月球上的賽石英可能不是直接從最穩(wěn)定、最常見的石英中形成的。相反，一些介于兩者之間的結(jié)構(gòu)，比如所謂的α-方英石，可以幫助了這一過程。

杜說:“當(dāng)撞擊發(fā)生時，只需要11吉帕斯卡的最低壓力就能將更常見的α-方英石轉(zhuǎn)變?yōu)橘愂?。然后，溫度繼續(xù)上升，部分賽石英變成了斯英石。”

嫦娥五號的著陸點(diǎn)主要是被稱為玄武巖的火山巖，因此稀有的二氧化硅材料可能不是當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的，而是從附近地區(qū)轉(zhuǎn)移過來的。

根據(jù)形成賽石英所需的壓力和時間尺度，研究小組認(rèn)為它可能起源于一個直徑在3公里到32公里之間的隕石坑，具體取決于撞擊角度。

以前的月球探測任務(wù)的遙感數(shù)據(jù)指向了四個候選隕石坑。其中，阿里斯塔克斯是最年輕的，因此最有可能是來源。“隕石坑需要非常年輕，以避免以后被覆蓋，例如被熔巖覆蓋?！?/p>

接下來，杜的團(tuán)隊(duì)希望把重點(diǎn)放在玄武巖上，以幫助回答嫦娥五號樣本帶來的最大謎團(tuán)之一——為什么月球在20億年前仍然活躍，當(dāng)時許多人認(rèn)為它已經(jīng)變冷并死亡了?

杜說，雖然隕石坑塑造了我們今天看到的月球的奶酪外觀，但它的演變在很大程度上是由火山爆發(fā)等內(nèi)部地質(zhì)過程驅(qū)動的。

通過研究嫦娥五號樣本中的玄武巖，他們希望為月球的后期演化尋找熱源。線索可能隱藏在嫦娥五號樣品中發(fā)現(xiàn)的另一種獨(dú)特礦物中，即嫦娥石，它富含磷、釔和稀土元素。

杜說:“我們現(xiàn)在知道，嫦娥石是在玄武巖結(jié)晶后期形成的，它在嫦娥五號樣品中相對常見。”

杜說，美國和歐洲的研究人員一直在使用嫦娥五號的數(shù)據(jù)來模擬玄武巖的結(jié)晶。“我很幸運(yùn)能成為這一代中國科學(xué)家中的一員，能夠研究我們國家?guī)Щ氐恼滟F月球樣本。對我來說，這就像見證歷史?！?/p>

與此同時，杜也對中國定于5月發(fā)射的嫦娥六號任務(wù)越來越興奮。預(yù)計(jì)它將從月球背面帶回第一批巖石。

“嫦娥六號可以幫助我們理解最大的謎團(tuán)之一——月球的兩面性:為什么它的背面和近面如此不同?我們迫不及待地想知道答案?！?/p>