嫦娥六號帶回的“土特產”，可能解決哪些科學問題？_風聞
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嫦娥六號首次採集了月球背面的樣品，對着陸區地質背景的深入分析是科學解讀樣品的前提。本文從不同尺度上分析了嫦娥六號着陸區的地質歷史。結果顯示：嫦娥六號樣品主要物質為模式年齡約為25億年的本地玄武岩，並可能含有源自查菲S和瓦維洛夫撞擊坑的外來濺射物，將有望解開一系列月球演化之謎。
撰文 | 嶽宗玉
導 讀
月球正面與背面在地形、月殼厚度、岩漿活動和成分等方面存在明顯的差異。月球樣品（月壤）對這種差異性機制的分析具有重要的意義。然而，過去十次採樣任務都在月球正面；因此，從月球背面採集樣品具有重要的意義。
2024年6月2日，嫦娥六號首次從月球背面採集樣品；並於6月25日下午2:07（北京時間）返回地球。在對樣品進行科學分析之前，有必要對其地質背景進行詳細調研。本文深入分析了嫦娥六號着陸區所在的南極-艾特肯盆地與阿波羅撞擊坑的地質特徵，確定了嫦娥六號玄武岩採樣區的模式年齡，探討了樣品中可能含有的外來物質，將為後續解譯嫦娥六號樣品提供關鍵信息。
着陸區地質歷史
南極-艾特肯（South Pole-Aitken, SPA）盆地是月球表面最大、最深、最古老的撞擊盆地。數值模擬表明其形成過程剝離了月殼，暴露了源自月幔的深部物質。阿波羅（Apollo）撞擊坑是南極-艾特肯盆地內部最大的撞擊坑，內部留存有大量火山活動形成的玄武岩。嫦娥六號探測器着陸於南部的玄武岩單元之上，並通過鑽取和表取的方式採集了以本地玄武岩為主的樣品。
經過對着陸區玄武岩的二氧化鈦和氧化亞鐵的含量分析，並結合高程和影像特徵，精確劃分了嫦娥六號所在區域的玄武岩地質單元；並利用高分辨遙感影像提取了該地質單元之上的不同規模的撞擊坑（圖2A）。通過嚴格分析撞擊坑大小和頻率之間的關係，確定了撞擊坑的完備性直徑為270米（圖2B）。結合月球表面常用的撞擊坑直徑-頻率統計定年模型，確定了嫦娥六號着陸區玄武岩的模式年齡約為25億年（圖2C）。
月球表面持續不斷的隕石撞擊可能將其他區域的少量物質濺射到嫦娥六號着陸區，並被採樣返回。這些物質可以為分析月球地質演化過程、表面撞擊歷史、物質遷移規律等重大科學問題提供關鍵信息。本文分析了全月年輕撞擊事件在嫦娥六號着陸區的濺射物厚度，據此推測查菲S（Chaffee S）和瓦維洛夫（Vavilov）撞擊坑的濺射物可能為樣品中的主要外來物質（圖3）。通過模擬查菲S撞擊坑的形成過程，發現濺射物的最大源區深度為1.5公里。
樣品可能解決的科學問題
2024年6月7日，“嫦娥六號着陸區地質背景研討會”在中國科學院地質與地球物理研究所舉行。來自國內31所高校和科研院所的200餘位科學家及學生參加會議。參會代表就嫦娥六號月球樣品可能解決的月球科學重大問題進行了深入討論（圖4），結果如下：
(1) 月球二分性成因。通過對比月球正面和背面殼源和幔源岩石的差異，為月球二分性成因提供關鍵制約。
(2) 深部月殼或月幔組成。通過在嫦娥六號月壤中尋找可能存在的撞擊挖掘物，獲取深部月殼或月幔物質的岩石學和地球化學特徵。
(3) 南極-艾特肯盆地的形成時間。通過研究嫦娥六號月壤中可能存在的撞擊熔岩，確定南極-艾特肯盆地和阿波羅撞擊坑的形成時間，以及撞擊作用造成的撞擊熔融池的深度和範圍。
(4) 月球背面火山活動歷史。通過研究嫦娥六號月壤中玄武岩岩屑，獲取月球背面火山活動的期次和性質，揭示月幔的化學演化和月球熱演化歷史。
(5) 中緯度月壤中的揮發分。通過研究嫦娥六號月壤中主要物質（玄武岩岩屑、撞擊玻璃等）的揮發分含量，揭示月球背面月幔的揮發分組成，以及太陽風成因水的注入和保留機制。
(6) 撞擊坑年代學模型更新。對比嫦娥六號着陸點與現有撞擊坑年代學模型之間的一致性，並檢驗39億年晚期重型轟擊假説。
(7) 新礦物和/或岩石的發現。發現新的礦物或岩石，並揭示它們形成機制和條件。
原文鏈接
[1] 原文鏈接：https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(24)00098-5
本文內容來自Cell Press合作期刊The Innovation第五卷第五期以News & Buzz發表的“Scientists eager for Chang’e-6 lunar farside samples to bring new discoveries” (投稿: 2024-06-08；接收: 2024-06-18；在線刊出: 2024-06-19)。
DOI: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2024.100660
引用格式：Yang W., He Y., Qian Y., et al. (2024). Scientists eager for Chang’e-6 lunar farside samples to bring new discoveries. The Innovation 5(5), 100660.
[2] 原文鏈接：https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(24)00101-2
本文內容來自Cell Press合作期刊The Innovation第五卷第五期以Report發表的“Geological context of Chang’e-6 landing area and implications for sample analysis” (投稿: 2024-06-04；接收: 2024-06-21；在線刊出: 2024-06-24)。
DOI: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2024.100663
引用格式：Yue Z., Gou S., Sun S., et al. (2024). Geological context of Chang’e-6 landing area and implications for sample analysis. The Innovation 5(5), 100663.
作者簡介：
嶽宗玉，中國科學院地質與地球物理研究所研究員，博士生導師。長期從事行星地質學研究。主要研究方向為撞擊坑形成過程的數值模擬與行星表面地質過程。相關工作發表於Nature Geosciences, Nature Astronomy, Earth and Planetary Science Letters等著名學術期刊上。
本文經授權轉載自微信公眾號“TheInnovation創新”，原標題為“The Innovation | 嫦娥六號採樣區地質歷史和樣品可能解決的科學問題”；責任編輯：鍾奇瑞（北京大學）。
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