中秋节快到了,这是一份在地球的“微观赏月指南”

作者: 杨蔚

来源: 格致论道讲坛

发布日期: 2023-09-29 10:04:25

杨蔚研究员分享了月球的历史和嫦娥五号月球样品的重要性,介绍了行星科学的发展和研究所的准备工作,以及他们在研究月球样品过程中遇到的挑战和取得的发现。

中秋节到了,这是一份在地球的“微观赏月指南”。月球就像是一面镜子,通过它,我们看到的是我们自己。杨蔚,中国科学院地质与地球物理研究所研究员,今天分享的题目是《阅壤》,介绍月球的历史,以及为什么嫦娥五号月球样品如此珍贵。

中国科学院地质与地球物理研究所是一个百年老所,最早可以追溯到1913年成立的中央地质调查所。行星科学非常年轻,去年才被国务院学位委员会批准为一级学科,今年才被教育部列为本科招生专业。我们的魏勇副所长在格致论道上有一个演讲:《关于中国行星科学教育的未来》,大家感兴趣的话可以去了解一下。

带我走进行星科学大门的是林杨挺老师。他是研究天体化学的,而我最初是研究地球的,能够进入林老师的团队纯属偶然。这种偶然把我变成了月球样品管理员,管理着我们研究所申请到的月球样品。

在14亿中国人中,我是那为数不多的、可以近距离接触月壤的人,我不仅可以“举头望明月”,我还可以“低头赏月壤”。能够研究自己国家的月壤,是一件极其幸运的事情。你需要在正确的国家,生在正确的时代,在正确的研究所,从事正确的研究。

2021年7月12日,我们第一次拿到嫦娥五号样品的那一刻。我就是最右边那个拎包的,包里面就是月球样品,那种激动和自豪终身难忘。行星科学,样品为王。掌握了样品就掌握了前沿。

我们对地外天体的认识可以分为三个阶段:天文观测、遥感或就位探测、采样返回。一旦我们把样品带回家,我们对这个天体的认识,就会发生质的飞跃。因为可以在实验室,用各种先进的技术给样品来个全方位的体检。这个时候,样品就像是一本历史书,能给我们讲述那个遥远星球上曾经发生过的故事。

我们今天对月球历史的理解,几乎全部建立在月球样品的研究之上。最著名的例子就是月球的岩浆洋理论。它是说,在月球形成之初,表面曾经覆盖了几百公里深的岩浆的海洋。这样一个月球演化历史,大家可能会发现一个问题:那就是我们并不确切地知道月球是什么时候死亡的。过去对于样品的研究,发现月球的火山活动最晚可以持续到28亿年前。但月球就死于28亿年前吗?答案是不一定。因为阿波罗和月球号并没有收集到月球最晚期的样品。

这是阿波罗和月球号完成的9次采样的采样点,大家可以看到它覆盖的面积非常有限。这就是为什么我们国家的嫦娥五号任务要继续到月球去采样,它的目的就是要去采集月球最晚期火山活动的样品。

不过,这样的困难有人早在18年前就已经预料到了,他就是我们研究所当时的所长丁仲礼院士。2004年1月,嫦娥工程立项,确立了“绕、落、回”三步走,这就意味着我们终将有一天会获得月球样品。而谁来迎接研究月球样品这个挑战呢?那一定是我们这些终日跟岩石和土壤打交道的地球科学的研究者。

要解决这个问题,在当时是相当困难的,没有相关领域的人才,没有平台,没有技术。所以我们的策略也是三步走:聚人才、搭平台、研发技术。首先,研究所引进了李献华老师和林杨挺老师。他们一个是做同位素年代学的,来解决定年的问题;一个是做天体化学的,来解决分析成分的问题。

然后,我们所搭建了显微分析平台。通过十多年的时间,在这个平台上陆续研发出了多种的同位素分析技术,这些技术就是专门为定年和分析成分准备的。

2020年12月17日,嫦娥五号成功返回了月球样品,举国欢腾。我们也特别激动,因为我们终于将知道样品会如何分配了。在5天之后,我们研究所就成立了一个由50个人组成的科研团队,由李献华老师带着我们做最后的准备和部署。

时间终于来到了2021年的7月12日,第一批月球样品分发。我们从国家天文台取到样品之后,马不停蹄就回到了研究所开启动会。后来的实验都非常顺利,每个人的状态都像打了鸡血一样。

我们从这些月壤、细如面粉的月壤中,挑选出了玄武岩颗粒。然后,在玄武岩颗粒中找到了定年矿物,对它进行了定年,结果是20.30±0.04亿年。这个结果就是说月球火山活动可以持续到20亿年前,相比于过去的样品所获得的月球火山活动结束时间28亿年前,要往后推迟了8亿年。

我们测定了一个年龄、排除了两个假说、发表了三篇论文,并且留下了一个问题。文章上线的那天,恰好是我们拿到月球样品的第99天,科学院举行了新闻发布会,我也发了一个朋友圈,很多的感慨,很多的发自肺腑的感激。

故事到这里还没有结束,因为我们留下了一个问题:月球长时间火山活动之谜还没有解开。有很多种可能的原因都还需要我们一一去验证。

感谢中国航天局提供的月球样品,感谢中国科学院的资助,感谢中国矿物岩石地球化学学会科普工作委员会给我们的支持,感谢所有曾经关心和帮助过我们的人们,谢谢大家!

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