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嫦娥六号带回的“土特产”，可能解决哪些科学问题？

返Z Yue, W Yang约 6 分钟

嫦娥六号首次采集了月球背面的样品，对着陆区地质背景的深入分析是科学解读样品的前提。本文从不同尺度上分析了嫦娥六号着陆区的地质历史。结果显示：嫦娥六号样品主要物质为模式年龄约为25亿年的本地玄武岩，并可能含有源自查菲S和瓦维洛夫撞击坑的外来溅射物，将有望解开一系列月球演化之谜。

撰文 | 岳宗玉
导 读
月球正面与背面在地形、月壳厚度、岩浆活动和成分等方面存在明显的差异。月球样品（月壤）对这种差异性机制的分析具有重要的意义。然而，过去十次采样任务都在月球正面；因此，从月球背面采集样品具有重要的意义。
2024年6月2日，嫦娥六号首次从月球背面采集样品；并于6月25日下午2:07（北京时间）返回地球。在对样品进行科学分析之前，有必要对其地质背景进行详细调研。本文深入分析了嫦娥六号着陆区所在的南极-艾特肯盆地与阿波罗撞击坑的地质特征，确定了嫦娥六号玄武岩采样区的模式年龄，探讨了样品中可能含有的外来物质，将为后续解译嫦娥六号样品提供关键信息。
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图1 图文摘要
着陆区地质历史
南极-艾特肯（South Pole-Aitken, SPA）盆地是月球表面最大、最深、最古老的撞击盆地。数值模拟表明其形成过程剥离了月壳，暴露了源自月幔的深部物质。阿波罗（Apollo）撞击坑是南极-艾特肯盆地内部最大的撞击坑，内部留存有大量火山活动形成的玄武岩。嫦娥六号探测器着陆于南部的玄武岩单元之上，并通过钻取和表取的方式采集了以本地玄武岩为主的样品。
经过对着陆区玄武岩的二氧化钛和氧化亚铁的含量分析，并结合高程和影像特征，精确划分了嫦娥六号所在区域的玄武岩地质单元；并利用高分辨遥感影像提取了该地质单元之上的不同规模的撞击坑（图2A）。通过严格分析撞击坑大小和频率之间的关系，确定了撞击坑的完备性直径为270米（图2B）。结合月球表面常用的撞击坑直径-频率统计定年模型，确定了嫦娥六号着陆区玄武岩的模式年龄约为25亿年（图2C）。
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图2 嫦娥六号着陆区地质单元及模式年龄分析。（A）嫦娥六号地质单元及撞击坑提取；（B）撞击坑直径完备性分析；（C）嫦娥六号着陆区模式年龄

月球表面持续不断的陨石撞击可能将其他区域的少量物质溅射到嫦娥六号着陆区，并被采样返回。这些物质可以为分析月球地质演化过程、表面撞击历史、物质迁移规律等重大科学问题提供关键信息。本文分析了全月年轻撞击事件在嫦娥六号着陆区的溅射物厚度，据此推测查菲S（Chaffee S）和瓦维洛夫（Vavilov）撞击坑的溅射物可能为样品中的主要外来物质（图3）。通过模拟查菲S撞击坑的形成过程，发现溅射物的最大源区深度为1.5公里。
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图3 嫦娥六号样品外来物质可能源区
样品可能解决的科学问题
2024年6月7日，“嫦娥六号着陆区地质背景研讨会”在中国科学院地质与地球物理研究所举行。来自国内31所高校和科研院所的200余位科学家及学生参加会议。参会代表就嫦娥六号月球样品可能解决的月球科学重大问题进行了深入讨论（图4），结果如下：
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图4 嫦娥六号采样点位置及样品可解决的科学问题
(1) 月球二分性成因。通过对比月球正面和背面壳源和幔源岩石的差异，为月球二分性成因提供关键制约。
(2) 深部月壳或月幔组成。通过在嫦娥六号月壤中寻找可能存在的撞击挖掘物，获取深部月壳或月幔物质的岩石学和地球化学特征。
(3) 南极-艾特肯盆地的形成时间。通过研究嫦娥六号月壤中可能存在的撞击熔岩，确定南极-艾特肯盆地和阿波罗撞击坑的形成时间，以及撞击作用造成的撞击熔融池的深度和范围。
(4) 月球背面火山活动历史。通过研究嫦娥六号月壤中玄武岩岩屑，获取月球背面火山活动的期次和性质，揭示月幔的化学演化和月球热演化历史。
(5) 中纬度月壤中的挥发分。通过研究嫦娥六号月壤中主要物质（玄武岩岩屑、撞击玻璃等）的挥发分含量，揭示月球背面月幔的挥发分组成，以及太阳风成因水的注入和保留机制。
(6) 撞击坑年代学模型更新。对比嫦娥六号着陆点与现有撞击坑年代学模型之间的一致性，并检验39亿年晚期重型轰击假说。
(7) 新矿物和/或岩石的发现。发现新的矿物或岩石，并揭示它们形成机制和条件。

原文链接

[1] 原文链接：https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(24)00098-5

本文内容来自Cell Press合作期刊The Innovation第五卷第五期以News & Buzz发表的“Scientists eager for Chang'e-6 lunar farside samples to bring new discoveries” (投稿: 2024-06-08；接收: 2024-06-18；在线刊出: 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] 原文链接：https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(24)00101-2

本文内容来自Cell Press合作期刊The Innovation第五卷第五期以Report发表的“Geological context of Chang’e-6 landing area and implications for sample analysis” (投稿: 2024-06-04；接收: 2024-06-21；在线刊出: 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.

作者简介：

岳宗玉，中国科学院地质与地球物理研究所研究员，博士生导师。长期从事行星地质学研究。主要研究方向为撞击坑形成过程的数值模拟与行星表面地质过程。相关工作发表于Nature Geosciences, Nature Astronomy, Earth and Planetary Science Letters等著名学术期刊上。

本文经授权转载自微信公众号“TheInnovation创新”，原标题为“The Innovation | 嫦娥六号采样区地质历史和样品可能解决的科学问题”；责任编辑：钟奇瑞（北京大学）。

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