人類首次月背“挖土”，嫦娥六號(hào)樣品特性如何？

人類在探索月球的浩瀚征途中，曾先后通過6次Apollo任務(wù)、3次Luna任務(wù)和1次嫦娥五號(hào)任務(wù)，從月球表面帶回380余公斤樣品。然而，所有這些樣品均來自月球正面（nearside）。中國嫦娥六號(hào)（CE-6）任務(wù)首次完成人類從月球背面（farside）采樣的壯舉，帶回1935.3克珍貴樣品。

圖1 嫦娥六號(hào)與嫦娥五號(hào)、美國Apollo計(jì)劃及蘇聯(lián)Luna計(jì)劃落點(diǎn)示意圖

北京時(shí)間2024年9月17日，中國科學(xué)院國家天文臺(tái)李春來、中國探月與航天工程中心胡浩、北京控制工程研究所楊孟飛領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)在《國家科學(xué)評(píng)論》（National Science Review, NSR）上發(fā)表CE-6返回樣品的首篇研究論文，報(bào)道了CE-6返回樣品的物理、礦物和地球化學(xué)特征。

采樣背景與地質(zhì)意義

這次采樣任務(wù)的著陸點(diǎn)位于月球背面南極-艾特肯（South Pole-Aitken，SPA）盆地。采樣點(diǎn)位于SPA盆地內(nèi)部阿波羅撞擊坑邊緣，該區(qū)域月殼極薄，有望揭露月球背面早期撞擊盆地的原始物質(zhì)。CE-6樣品不僅包括了記錄火山活動(dòng)歷史的玄武巖，還混合了來自其他區(qū)域的非玄武質(zhì)物質(zhì)。這些樣品，如同月球遠(yuǎn)古時(shí)期的“信使”，為我們研究月球早期的撞擊歷史、月球背面火山活動(dòng)以及月球內(nèi)部物質(zhì)組成提供了重要的第一手資料。

月壤與巖屑特性

CE-6樣品具有較低密度，表明其結(jié)構(gòu)較為松散，孔隙率較高。顆粒分析顯示，月壤的粒徑呈現(xiàn)雙峰式分布，暗示樣品可能經(jīng)歷了不同物源的混合作用。與嫦娥五號(hào)（CE-5）樣品相比，此次樣品中斜長(zhǎng)石含量明顯增加，而橄欖石含量顯著減少，表明該區(qū)域的月壤明顯受到了非玄武質(zhì)物質(zhì)的影響。

此外，嫦娥六號(hào)采集的巖屑碎片主要由玄武巖、角礫巖、粘結(jié)巖、淺色巖石和玻璃質(zhì)物質(zhì)組成。其中，玄武巖碎片占總量的30-40%，其礦物以輝石、斜長(zhǎng)石和鈦鐵礦為主，橄欖石含量極低。角礫巖和粘結(jié)巖由玄武巖碎屑、玻璃珠、玻璃碎片以及少量的斜長(zhǎng)巖和蘇長(zhǎng)巖等淺色巖石碎屑物質(zhì)構(gòu)成，進(jìn)一步揭示了樣品來源的復(fù)雜性。

圖2 CE-6 返回樣品的典型圖像。（a）從 CE-6 鏟取樣品中挑選出的部分大于1毫米的巖屑顆粒。（b-e）不同結(jié)構(gòu)特征的玄武巖屑，（f-g）角礫巖和（h）粘結(jié)巖的背散射圖像（BSE）。典型玄武巖（i 和 j）、粘接巖（k）、淺色巖屑（l）和玻璃物質(zhì)（m 和 n）的體式顯微鏡照片。

礦物與地球化學(xué)特征

礦物學(xué)分析顯示，嫦娥六號(hào)月壤樣品的主要物相組成為斜長(zhǎng)石（32.6%）、輝石（33.3%）和玻璃（29.4%），其中玻璃含量接近阿波羅樣品的下限。此外，樣品中還檢測(cè)到少量的斜方輝石暗示了非玄武質(zhì)物質(zhì)的存在。
地球化學(xué)分析進(jìn)一步揭示，嫦娥六號(hào)樣品中的鋁氧化物（Al?O?）和鈣氧化物（CaO）含量較高，而鐵氧化物（FeO）含量相對(duì)較低，這與月海玄武巖和斜長(zhǎng)巖混合物的特征一致。此外，樣品中的釷（Th）、鈾（U）和鉀（K）等微量元素含量顯著低于KREEP玄武巖，與位于月球正面風(fēng)暴洋克里普地體中的阿波羅任務(wù)和嫦娥五號(hào)任務(wù)的樣品表現(xiàn)出了巨大差異。

月球科學(xué)的新篇章

嫦娥六號(hào)帶回的月球背面樣品，無疑是月球科學(xué)研究領(lǐng)域的一顆璀璨明珠。它們不僅填補(bǔ)了月球背面研究的歷史空白，更為我們研究月球早期演化、背面火山活動(dòng)和撞擊歷史提供了直接證據(jù)，也為理解月球背面與正面地質(zhì)差異開辟了新的視角。

展望未來，嫦娥六號(hào)任務(wù)的成功不僅為月球科學(xué)研究開辟了新方向，更為人類未來更大規(guī)模的深空探測(cè)宏偉藍(lán)圖奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。隨著對(duì)這些珍貴樣品的深入研究，有望不斷加深對(duì)月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)、物質(zhì)成分及形成演化過程的理解，推動(dòng)月球及行星科學(xué)的蓬勃發(fā)展。

Li CL et al. Nature of the lunar farside samples returned by the Chang’E-6 mission. National Science Review 2024, doi：10.1093/nsr/nwae328.