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3月21日，中國科學院地質與地球物理研究所研究員陳意帶領的研究團隊，通過嫦娥六號采回的月球背面月壤樣品研究，取得了一項重要突破，確定了月球最古老、最大的撞擊遺跡——南極-艾特肯盆地（SPA盆地）形成于42.5億年前，為太陽系早期大型撞擊歷史提供了初始錨點，對探索月球乃至太陽系早期演化具有重要的科學意義。

撞擊作用是天體形成與演化過程中最重要的外部動力過程之一，內太陽系天體經歷了相似的撞擊歷史。月球作為地球唯一的天然衛(wèi)星，表面遍布大小不一的隕石撞擊坑，是太陽系撞擊的歷史印記。其中，直徑約為2500公里的巨型撞擊坑SPA盆地是月球最古老的撞擊“疤痕”，記錄了月球幼年時期遭受的巨大“創(chuàng)傷”。SPA盆地的形成時間是月球演化歷史的關鍵節(jié)點和撞擊歷史的起始錨點，可作為校準太陽系撞擊史的黃金參照，亦可為火星、水星等行星撞擊坑建立統(tǒng)一年齡標尺，是太陽系留給人類珍貴的“宇宙時鐘”。因此，精確限定SPA盆地形成時間，是國際深空探測領域長期以來的首要科學目標之一，也是月球科學研究領域中的最大“懸案”之一。

當前，主要有兩種方法對SPA盆地形成時間進行推測。一是通過撞擊隕石坑統(tǒng)計法獲得的年齡范圍從42.6億年至大于43.3億年不等；二是通過月球隕石樣品和采自月球正面的阿波羅樣品的樣品研究，發(fā)現43.5億年至43.3億年發(fā)生過一次全月球的熱事件，推測為SPA大型撞擊事件。但是，人類從未獲得來自月球背面SPA盆地“第一現場”的樣品實證。

此前，中國嫦娥六號任務返回采自月球背面SPA盆地內部的月壤樣品。這是人類最可能確定該盆地形成時間的一次機遇。嫦娥六號著陸器位于SPA盆地內部阿波羅盆地的月海玄武巖區(qū)。這一區(qū)域在SPA大型撞擊后，經歷多次撞擊和28億年的玄武巖噴發(fā)覆蓋，導致嫦娥六號月壤蘊含著不同時期的物質碎片。遙感光譜數據和撞擊濺射模擬結果顯示，SPA盆地和阿波羅盆地內部的非月海物質主體均為蘇長質巖石，嫦娥六號月壤樣品可能捕獲來自阿波羅盆地、SPA盆地以及周邊區(qū)域其他撞擊坑的濺射物，這些非月海物質可能蘊含著月球早期的撞擊密碼。精準破譯代表SPA盆地的撞擊密碼，成為限定該盆地形成時間的關鍵挑戰(zhàn)。

該團隊在5克月壤中分選出1600余顆大于200微米的巖屑，基于細致的巖石學分類，挑選出20顆具有代表性的蘇長質巖屑顆粒，開展巖石學、地球化學和年代學研究工作。

研究發(fā)現，盡管這些蘇長質巖屑在全巖成分和礦物組成上與月球正面阿波羅樣品中的蘇長巖一致，但在礦物的主、微量元素成分上存在明顯區(qū)別。極低的揮發(fā)性元素含量、較高的Ni/Co比值和熔融殘留礦物均指示，這些蘇長質巖屑是撞擊熔巖且是一類新型的月球蘇長巖，被命名為南極-艾特肯蘇長巖。進一步，研究通過巖屑中微?。?微米至5微米）含鋯礦物開展鉛同位素定年分析，識別出42.5億年和38.7億年兩期撞擊事件。其中，42.5億年蘇長巖呈現不同的礦物粒度和結構，同時礦物的主、微量元素從粗粒到細粒呈現明顯演化趨勢，表明它們來自同一撞擊巖漿池不同層位分離結晶的產物。為追溯這一古老撞擊成因蘇長巖的源區(qū)，研究基于447GB的遙感數據，開展SPA盆地內部及周邊地區(qū)大范圍巖性填圖和溯源，發(fā)現42.5億年蘇長巖來自SPA盆地內環(huán)的成分異常區(qū)。綜合以上證據，研究最終限定SPA盆地形成于42.5億年前。

這一成果證明，在太陽系形成后約3.2億年，一次大型撞擊事件形成了月球最大的撞擊遺跡——SPA盆地，為月球撞擊坑統(tǒng)計定年法提供了來自月背的初始錨點?；谠虑蛘鏄悠沸Ｕ淖矒羟€計算SPA盆地模式年齡與同位素定年結果基本一致，表明月球早期正面和背面的撞擊通量大致相當。同時，該研究確認43.5億年至43.3億年的全月熱事件與SPA大型撞擊無關，為重塑月球早期一級演化序列提供了參考基點和科學依據。

相關研究成果發(fā)表在《國家科學評論》（National Science Review）上。

論文鏈接

嫦娥六號蘇長巖記錄42.5億年前月球南極-艾特肯大型撞擊事件