人们对月球的身世一直充满强烈的好奇心
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嫦娥五号返回地面动画模拟画面 。 （图片来源：CCTV截屏）
文/张淼
【探测|收“快递”！嫦娥五号从月球带回4斤“土”，里面有什么宝？】12月17日凌晨 ， 历经19多天的太空工作 ， 嫦娥五号携带来自风暴洋吕姆克山的2千克月壤返回地面 。 这是1976年苏联月球24号带回100多克月球样本以来 ， 人类再一次得到来自月球的“土” 。
根据嫦娥五号设定的科学目标 ， 科学家后续将对月球样品进行系统、长期的实验室研究 ， 分析月壤的结构、物理特性、物质组成 ， 深化月球成因和演化历史的研究 。
嫦娥五号采回的相对年轻的地体样本 ， 有望帮助科学家推进对月球演化历史的认识 ， 揭开月球的身世之谜 。
“大撞击”：有关月亮形成的传说
月球 ， 是距离人类生存的地球最近的一颗行星 。 月球如何形成、和地球又有什么关系——人们对月球的身世一直充满强烈的好奇心 。
20世纪以来 ， 科学家先后提出4种不同的月球起源假说：月球和地球在同一个系统里吸积气体和尘埃而成“双星吸积说”、由地球早期自转过快而甩出去的“分裂说”、是地球引力捕获卫星的“捕获说”以及由其他行星撞击地球形成的“大撞击说” 。
其中 ， “大撞击说”被越来越多的科学家所接受 。 大约在45.6亿年前太阳系诞生之初 ， 八大行星基本成形 。 但太阳系的宇宙空间中 ， 仍然“漂浮”着大大小小的星体 。 “大撞击”假说认为 ， 约在45亿年前 ， 一颗火星大小的天体撞上了原始地球 。 巨大的能量使整个撞击体和地球的外圈层物质被熔融、气化和混合 ， 其中一部分逐渐聚集形成了月球 。
为了证明“大撞击说” ， 科学家采用了各种各样的办法 。 例如 ， 上世纪六、七十年代 ， 美国阿波罗计划陆续从月球带回了总重达382千克的岩石 ， 为人类了解月球提供了的样本 。
而探测数据显示 ， 月球物质中挥发性组分大量丢失、金属核很小但与地球具有相似的氧化还原程度等等 ， 都可以成为支持这一假说的证据 。
同时 ， 过去很长一段时间里 ， 月球陨石也成为人类了解月球的一扇窗口 。 地球化学研究者通过对月球陨石阿波罗月岩样品的研究发现 ， 地球和月球上氧的同位素的组成相同 。 这意味着 ， 月球与地球存在相同的“基因” 。
用中国月球探测工程首任首席科学家、中科院院士欧阳自远的话说：“千真万确 ， 月球是地球的女儿 。 ”
不过 ， 阿波罗计划在月球上取样范围毕竟有限 ， 而月球陨石来源的不确定性和遥感探测获得信息的局限性总是像“隔靴搔痒” 。 科学家期待 ， 要是从月球上更多的地方挖回来的“真土” ， 就能够提供更多有关“大撞击说”的证据 。
在美苏探月之后 ， 时隔半个世纪 ， 嫦娥五号承担起这一重任 。 经过约38万公里、一周左右的地月转移、近月制动、环月飞行之旅 ， 12月1日晚间 ， 嫦娥五号探测器稳稳降落在月球正面风暴洋北部吕姆克山、夏普月溪附近 。 这是中国探测器第三次在月球表面成功软着陆 ， 也是人类探测器首次踏足月球上的这一区域 。
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嫦娥五号着陆场演练画面 。 （图片来源：CCTV截屏）
“岩浆洋”：一块重要的拼图
自12月1日23时着陆后 ， 嫦娥五号在月面工作近10个小时后完成月球钻取采样及封装 。
根据前期遥感影像资料 ， 嫦娥五号着陆区是大约13-20亿年前形成的玄武岩 ， 不同于以往9个地点 ， 也是最年轻的月球火山岩 。 和月球45亿年的年龄相比 ， 这里是非常“年轻”的地区 。 此前 ， 嫦娥四号在月球背面更加古老的南极-艾特肯盆地着陆 ， 那里被认为大约在42~43亿年前形成 。
回到“大撞击说”上 ， “岩浆洋假说”可以被视为大撞击的结果之一 ， 也是证实“大撞击说”的重要拼图 。
1969年发射的“阿波罗”11号不仅让宇航员阿姆斯特朗和巴兹·奥尔德林首次在月球表面留下人类的足迹 ， 还带回对月球化学成分研究至关重要的样品——包含钙、铝及二氧化硅成分的“斜长岩” 。
据国际学术期刊《科学》在1970年1月刊登的一篇文章 ， 美国史密森尼天文台的研究人员在1676块月球岩石碎片中发现了61块斜长岩 ， 特别是在月球上表面明亮的高地势地区 。 这些新发现给了他们极大的启示——斜长岩的密度较小 ， 在岩浆中能够漂浮在顶部 。
据此 ， 他们提出一种新的月球演化模型 ， 即岩浆洋假说 。 这一假说指的是 ， 大撞击后形成的月球被一层全球性的岩浆覆盖 ， 形成了约400公里甚至更深的岩浆洋 。
这是一幅无比壮观又难以想象的画面：在距离我们最近的一颗星球上 ， 曾经覆盖着漫无边际、炽热的岩石熔融体 。 好比一锅热汤 ， 刚开始冷却的时候 ， 更重的物质橄榄石和辉石首先结晶析出 ， 堆积在最底部 ， 然后轻一些的斜长石结晶漂浮到月球表面聚集形成斜长岩高地 。
2019年5月 ， 就在嫦娥四号抵达月球半年后 ， 中科院国家天文台研究员李春来带领的团队在《自然》上发表相关结果 。 嫦娥四号在就位光谱探测中发现了来自月球深部的橄榄石和低钙辉石 。 这不仅直接揭示了月幔物质的组成 ， 也成为支持“岩浆洋假说”的有力证据 。
另一项有力证据来自于嫦娥三号探测到的信号 。 当岩浆洋“热汤”不断冷却固化 ， 残留岩浆中的不相容元素含量逐渐升高 ， 最终留下富集钾、稀土元素、磷的特殊月岩——克里普岩 。
2015年 ， 根据“玉兔号”发回的微量元素信息 ， 中科院地质与地球物理研究所研究员林杨挺团队推断 ， “嫦娥三号”着陆区的玄武岩含有10-20%“克里普岩”物质 。 不过 ， 要证实“克里普岩”的确存在 ， 还需要更加确凿的数据 ， 比如从月球样品中直接得到它的化学成分 。
科学家期待 ， 嫦娥五号带回的月球样品 ， 将讲述一个关于月球晚年的故事 。 年轻的风暴洋能够更多富集铀、钍、钾等放射性元素 ， 对其开展高精度年代学分析 ， 结合微量元素和稳定同位素信息 ， 有望对月球内部冷却历史及其岩浆演化晚期过程 ， 给出更精确的描述 。
绝非止步月球
自1958年开始 ， 为探测月球 ， 中国科学家经历了长达35年的跟踪调研与综合分析世界月球与行星探测的进展与成就 ， 开展了各类地外物质、阿波罗月球岩石和火星陨石研究 。 正式启动于2004年的中国探月工程 ， 按规划分为“探”“登”“驻”3个阶段 ， 如今已完成第一阶段“探”的“绕”“落”“回”三步 ， 共五次任务 。
目前为止 ， 前四次探月收获颇丰：嫦娥一号取得全月球的影像图、月表物质成分和近月空间环境 ， 首次获得月球土壤层内氦-3资源的分布与资源总量；嫦娥二号完成全世界覆盖最全、精度最高的一张全月图及嫦娥三号着陆区1米分辨率的高精度地形图 ， 随后与“图塔蒂斯”小行星交会；嫦娥三号着陆月球虹湾区 ， 开展“测月、观地、巡天”探测；嫦娥四号首次实现了在月球背面软着陆 ， 在月球背面的南极艾特肯撞击坑盆地开展科学探测 。
俄国“火箭之父”齐奥尔科夫斯基曾指出：“地球是人类的摇篮 ， 但人不能永远生活在摇篮里 。 他们不断地向外探寻着生存的空间：起初是小心翼翼地穿出大气层 ， 然后就是征服整个太阳系 。 ”欧阳自远在过去的演讲和采访中多次提到 ， 这句话深深地打动了他 。
人类绝不会仅仅止步于月球 。 除了了解月球本身之外 ， 月球探测是人类进行更远的深空探测的前哨和必经之路 。 11月25日 ， 嫦娥五号升空后仅一天 ， 在海口举办的“2020文昌国际航空航天论坛”上 ， 中国国家航天局秘书长许洪亮在发言中表示 ， 后续中国将陆续实施嫦娥六号、七号、八号等任务 ， 同时还规划建设国际月球科研站 。
他同时指出 ， 在行星探测领域 ， “天问一号”火星探测器于今年7月23日成功发射 ， 预计明年5月实行火星软着陆 。 未来中国还将实施小天体探测、火星采样返回、木星系及行星际穿越探测任务 。
除了“仰望”更远的星空 ， 探测月球也能让人类“脚踏实地” ， 加深对古老地球的了解——地球经历46亿年的高度演化 ， 早期事件很少能留下蛛丝马迹 ， 而月球的主要演化在30 亿年就已经基本停止 。
对于嫦娥五号带回的月球样本能够带给科学家怎样的惊喜 ， 对“大撞击说”、“岩浆洋假说”以及更长远的深空探测和有关古老地球知识作出怎样的贡献 ， 让我们拭目以待 。
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