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喜报!中国科学院召开新闻发布会——我所嫦娥五号月球样品研究成果的三篇论文同期发表于《自然》
2021-10-19 | 作者:科技处 | 【 】【打印】【关闭

  10月19日,中国科学院召开新闻发布会,发布了中国科学院嫦娥五号月球样品最新研究成果。

  月球上火山活动何时停止?曾经的岩浆活动如何维持?是否有水?嫦娥五号月球样品具有怎样的特征?能否解答上述问题?由我所和国家天文台主导,联合多家研究机构通过三篇《自然》论文和一篇《国家科学评论》论文,报道了围绕这些重要科学问题取得的突破性进展。研究证明嫦娥五号月球样品为一类新的月海玄武岩,对着陆区岩浆年龄、源区性质给出颠覆性认识,月球最“年轻”玄武岩年龄为20亿年,其晚期岩浆活动的热源并非来自放射性元素,并且月幔源区几乎没有水。

  对来自美国、苏联的月球样本和地球上月球陨石已证实,月球的生命特征——岩浆活动至少持续到大约28至30亿年前,古老的岩浆喷发活动留下的黑色玄武岩形成了所见的“月海”。但是,对于月球岩浆活动停止的确切时间,科学界一直存在争议。

  在最新的研究中,科研人员利用超高空间分辨铀-铅(U-Pb)定年技术,对嫦娥五号月球样品玄武岩岩屑中50余颗富铀矿物(斜锆石、钙钛锆石、静海石)进行分析,确定玄武岩形成年龄为20.30±0.04亿年,证实月球最“年轻”玄武岩年龄为20亿年。也就是说,月球直到20亿年前仍存在岩浆活动,比以往月球样品限定的岩浆活动延长了约8亿年。

  李献华院士在新闻发布会的报告中介绍,嫦娥五号着陆区是月球最年轻玄武岩单元之一,科学家曾以一种统计区域撞击坑的大小和数量的方法,推断这一区域的年龄为10至30亿年,这种方法存在着极大不确定性。此次嫦娥五号玄武岩的精确年代学数据为撞击坑统计定年曲线提供了关键锚点,将大幅提高内太阳系星体表面的撞击坑统计定年精度。此次研究采用的超高空间分辨率的定年和同位素分析技术处于国际领先水平,为珍贵地外样品年代学等研究提供了新的技术方法。

  同时,月球最晚期岩浆活动的成因一直是未解之谜,目前科学界存在两种可能的解释:岩浆中富含放射性元素以提供热源,或富含水以降低熔点。最新研究基于我所研发的超高空间分辨同位素分析技术,取得了意料之外的结果:嫦娥五号玄武岩初始熔融时并没有卷入富集钾、稀土元素、磷的“克里普物质”(这几种元素在地球化学上被称为“不相容元素”,意为不容易进入到固体中的元素),嫦娥五号样品富集克里普物质的特征,是由于岩浆后期经过大量矿物结晶固化后,残余部分富集而来。这一结果否定了初始岩浆熔融热源来自放射性生热元素的主流假说,揭示了月球晚期岩浆活动过程。

  对于岩浆是否富含水,科研团队利用我所纳米离子探针研发的分析技术,测定了嫦娥五号玄武岩中的水含量和氢同位素组成,获得月幔的水含量仅为1-5 微克/克,也就是说月幔非常的“干”。科研人员指出,这一发现也排除了月幔初始熔融时因水含量高而具有低熔点,导致该区域岩浆活动持续时间异常延长的猜想。

  该系列成果对月球热演化历史研究提出了新的科学问题,月球冷却如此之慢的原因并不清楚,需要全新的理论框架和演化模型,对未来的月球探测和研究提出了新的方向。

  中国科学院科学家主导的以上系列原创性成果,得到国际专家的高度评价。美国新墨西哥大学月球与行星科学研究所的查尔斯·席勒高级研究员、卡内基研究所理查德·加尔森研究员等认为该系列成果“提供了迄今为止月球上确定的最年轻的玄武岩的证据”、“改变了我们对月球的热历史和岩浆历史的认识”、“对我们认识月球起源和演化具有重要的意义”。

  研究所高度重视月球样品研究工作。在嫦娥五号月球样品返回地球之后,2020年12月22日,研究所迅速组织起以所长牵头、顶尖科学家领衔、跨学科领域、跨部门的科研和管理人员共同组成月球样品研究工作组,进行前期研究准备工作。2021年7月12日,第一批嫦娥五号月球科研样品正式发放,月球样品研究工作组联合国家天文台及高校科学家,开展样品研究集中攻关,不同学科领域科研人员高效协同,分析实验工作24小时不停机,在取回样品后的第53小时,成功获得第一组月球样品同位素年龄数据。同时,工作组每天定时组织讨论,实时解决问题,充分发挥工作组人员的优势与特色,形成一种前沿科学联合攻关的“系统工程”新范式,为重大成果的迅速产出奠定了关键基础。2021年10月19日,《自然》杂志正式线上发表我所三篇嫦娥五号月球样品研究成果的文章。这也是我所拿到嫦娥五号月球样品的第100天,祝贺参与该成果的全部人员!

新闻发布会现场

周琪副院长致辞

李献华院士作嫦娥五号月球样品研究进展报告

特邀点评专家欧阳自远院士

特邀点评专家徐义刚院士

特邀点评专家肖龙教授(新华社记者 金立旺拍摄)

所长吴福元院士回答记者问题

国家天文台李春来研究员回答记者问题

杨蔚研究员回答记者问题

 

(供稿:科技处  摄影:任晖  编辑:综合办)

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