问题——月球“有多老”“何时发生了什么”,是理解其起源与演化的基础问题;长期以来,学界对月球早期撞击史看法不一:一种观点认为撞击强度随时间逐步衰减;另一种观点提出约39亿年前出现明显增强的“晚期重型轰击”,或更早期呈“锯齿状”起伏增强。争议的关键在于定年标尺不够完备——以往用于校准撞击坑定年法的样品几乎都来自月球正面,且年龄多集中在40亿年以内,使得对更早时期的判断缺少直接证据。 原因——月球表面密布的撞击坑为定年提供了天然“计时器”。在缺乏直接采样的区域,科研人员通常通过统计一定尺度内的撞击坑密度来估算地表年龄:一般来说,地表越古老,累积的撞击坑越多。但该方法是否可靠,取决于“校准”是否扎实:需要把返回样品的同位素测年结果,与采样区对应的撞击坑密度建立对应关系,进而形成可推广到全球的年代学模型。由于过去样品来源有限,模型对早期时段的约束偏弱,难以回答“早期是否存在剧烈撞击峰值”等核心问题。 影响——嫦娥六号带回月球背面样品,为破解上述难题提供了新的关键支点。2024年6月25日,嫦娥六号从月球背面南极-艾特肯(SPA)盆地内的阿波罗盆地区域带回约1935克月壤样品,首次实现人类对月背的直接采样。科研团队对样品开展综合分析后,获得两项重要年代学信息:其一,约28.07亿年的年轻玄武岩,为认识月背火山活动与热演化提供了新证据;其二,约42.5亿年的古老苏长岩,指示其与SPA盆地形成有关的大型撞击熔融事件有关。尤其是更古老的年龄结果,为月球早期演化提供了稀缺的“时间锚点”,大幅增强了对40亿年以上时段的约束能力。 在此基础上,研究团队将样品测年与遥感数据结合,利用高分辨率影像对嫦娥六号着陆区玄武岩单元及整个SPA盆地范围内直径大于1公里的撞击坑进行系统统计,并整合阿波罗、月球号及嫦娥五号等既有样品数据,构建并修正了沿用多年的月球撞击坑年代学模型。结果显示:月球背面与正面撞击坑密度与模型预测高度一致,新增数据落在既有模型的统计置信区间内,说明在统计意义上月球正背两面的撞击通量基本一致。这为建立适用于全月球的统一“撞击坑定年标尺”提供了实证依据,也意味着基于正面样品建立的模型在更严格的检验下可外推至月背,从而提升月球全球尺度地质年代判读的可靠性。 更更,新模型对早期撞击历史的分歧给出了更清晰的约束。研究显示,SPA盆地的年龄与“锯齿状增强”模型及“晚期重型轰击”假说存在明显偏离,指向月球早期撞击事件整体更可能呈平滑衰减,而非在某一时期出现突发式激增。此结论有助于重新评估月球表面的年龄框架,也将影响对太阳系早期物质分布、行星轨道演化以及内太阳系撞击环境等问题的研究方向与证据体系。 对策——面向月球科学与深空探测需求,下一步可在三上持续推进:一是加强月背样品的多学科交叉研究,补齐不同岩性、不同区域的年代“控制点”;二是推进遥感数据与样品测年的协同标定,统一统计口径与模型参数,提高年代学模型的可复现性与可比性;三是围绕SPA盆地等关键地质单元,开展更精细的地层划分与撞击坑统计,逐步形成从局部到全球的分层时间标尺体系,为月球乃至其他行星体表面定年提供可迁移的方法参考。 前景——随着月背样品研究的深入以及后续探测任务推进,月球年代学模型有望在更大时间尺度上进一步精化并走向统一。这不仅将增强对月球火山活动、地壳形成与热演化过程的解释能力,也将为重建地月系统早期历史提供更完整的证据链。对深空探测而言,一个更准确、全球适用的“月球计时系统”,将直接服务于着陆区选择、地质风险评估和资源潜力调查等关键环节,推动我国月球科学研究与探测能力持续提升。
嫦娥六号月背样本的科学价值超出预期:它不仅弥补了月球背面样品的长期空白,也以更直接的证据对沿用数十年的有关假说提出了有力检验与挑战,凸显深空探测对基础科学的推动作用。月球是距离地球最近的天体,其演化历史与地球早期历史密切相关。更清楚地揭示月球早期撞击的真实规律,不仅有助于深化对月球本身的认识,也为理解地球及整个太阳系的演化提供重要参照。该进展再次表明,持续的自主创新与扎实的基础研究,是拓展人类对自然与宇宙认知的重要路径。