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北京3月21日电 (记者 孙自法)记者3月21日从中国科学院获悉，中国科学家通过嫦娥六号采回的月球背面月壤样品研究，最近取得又一项重大突破：确定月球最古老、最大的撞击遗迹——南极-艾特肯(SPA)盆地形成于42.5亿年前。
这一重要研究成果，为太阳系早期大型撞击历史提供了初始锚点，对理解月球乃至太阳系早期演化具有重大科学意义，相关论文近日在学术期刊《国家科学评论》发表。
月球幼年时期遭受的巨大“创伤”
研究团队介绍说，撞击作用是天体形成与演化过程中最重要的外部动力过程，内太阳系天体经历了相似的撞击历史。月球作为地球唯一的天然卫星，表面遍布了大小不一的陨石撞击坑，是太阳系撞击的历史印记。其中，直径约为2500公里的巨型撞击坑南极-艾特肯盆地，是月球最为古老的撞击疤痕，记录了月球幼年时期遭受的巨大“创伤”。
南极-艾特肯盆地的形成时间不仅是月球演化历史的关键节点和撞击历史的起始锚点，还可作为校准太阳系撞击史的黄金参照，为火星、水星等行星撞击坑建立统一年龄标尺，是太阳系留给人类珍贵的“宇宙时钟”。因此，精确限定南极-艾特肯盆地形成时间，是国际深空探测领域长期以来的首要科学目标之一，但同时也是月球科学研究领域中的最大悬案之一。
目前，主要有两种方法对南极-艾特肯盆地形成时间进行推测：一是通过撞击陨石坑统计法获得的年龄范围从42.6亿年至大于43.3亿年不等；二是通过月球陨石样品和采自月球正面的阿波罗样品的样品研究，发现43.5亿-43.3亿年发生过一次全月球的热事件，推测为南极-艾特肯大型撞击事件。然而，人类从未获得来自月球背面南极-艾特肯盆地“第一现场”的样品实证。
精准破译月球早期的撞击密码
研究团队指出，此前，中国嫦娥六号任务成功返回采自月球背面南极-艾特肯盆地内部的月壤样品，这是人类最可能确定该盆地形成时间的一次机遇。
然而，嫦娥六号着陆器位于南极-艾特肯盆地内部阿波罗盆地的月海玄武岩区，这一区域在南极-艾特肯大型撞击之后，还经历了多次撞击和28亿年的玄武岩喷发覆盖，导致嫦娥六号月壤蕴含着不同时期的物质碎片。
遥感光谱数据和撞击溅射模拟结果显示，南极-艾特肯盆地和阿波罗盆地内部的非月海物质主体均为苏长质岩石，嫦娥六号月壤样品有可能捕获来自阿波罗盆地、南极-艾特肯盆地以及周边区域其它撞击坑的溅射物，这些非月海物质可能蕴含着月球早期的撞击密码。如何精准破译代表南极-艾特肯盆地的撞击密码，成为限定该盆地形成时间的首要挑战。
南极-艾特肯盆地42.5亿年前形成
在本项研究中，中国科学院地质与地球物理研究所陈意研究员带领研究团队从5克月壤中分选出1600余颗大于200微米的岩屑，基于细致的岩石学分类，从中挑选出20颗具有代表性的苏长质岩屑颗粒，开展岩石学、地球化学和年代学研究工作。
此次研究发现，尽管这些苏长质岩屑在全岩成分和矿物组成上与月球正面阿波罗样品中的苏长岩一致，但在矿物的主、微量元素成分上有明显区别。极低的挥发性元素含量、较高的镍/钴(Ni/Co)比值和熔融残留矿物，均指示这些苏长质岩屑为撞击熔岩，是一类新型的月球苏长岩，研究团队将其命名为南极-艾特肯苏长岩(SPANs)。
研究团队进一步通过岩屑中微小(1-5微米)含锆矿物开展铅同位素定年分析，识别出42.5亿年和38.7亿年两期撞击事件。其中42.5亿年苏长岩呈现不同的矿物粒度和结构，并且矿物的主、微量元素从粗粒到细粒呈现明显演化趋势，表明它们来自同一撞击岩浆池不同层位分离结晶的产物。为追溯这一古老撞击成因苏长岩的源区，团队基于447 GB的遥感数据，开展了南极-艾特肯盆地内部及周边地区大范围岩性填图和溯源，发现42.5亿年苏长岩来自南极-艾特肯盆地内环的成分异常区。综合以上证据，团队最终限定南极-艾特肯盆地形成于42.5亿年前。
陈意研究员表示，该项成果证明，在太阳系形成之后约3.2亿年，一次大型撞击事件形成月球最大的撞击遗迹——南极-艾特肯盆地，为月球撞击坑统计定年法提供了来自月背的初始锚点。基于月球正面样品校正的撞击曲线计算南极-艾特肯盆地模式年龄与同位素定年结果基本一致，表明月球早期正面和背面的撞击通量大致相当。
此外，本项研究确认距今43.5亿-43.3亿年的全月热事件与南极-艾特肯大型撞击无关，为重塑月球早期一级演化序列提供了参考基点和科学依据。(完)