中国嫦娥五号采样返回探测器揭示月球可能仍存在活火山

中国的嫦娥五号任务带回了1.2亿年前月球火山喷发的证据。

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根据 2020 年 12 月中国嫦娥五号样本返回任务带回地球的月球泥土中的微小玻璃珠，月球表面的火山爆发是在地质上最近的时间跨度内，并且月球今天可能仍然有火山活跃。这一发现可能会颠覆我们对月球演化的认知。

我们知道月球在遥远的过去曾有火山活动，因为我们可以在我们最近的邻居的脸上看到证据——著名的“月球上的人”是月海，这是一片广阔的火山平原，其历史可以追溯到三到三十八亿年前。人们认为这是月球最后一次火山活动。

但令人惊讶的是，嫦娥五号带回的证据表明，月球在最近才经历过火山喷发——距今仅1.23亿年，不确定性为1500万年。

从人类的角度来看，这听起来仍然是很久以前的事情，但从地质学的角度来说，这只是昨天。这意味着月球可能一生都处于火山活跃状态，并且今天可能仍然处于火山活跃状态。

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最近火山活动的证据来自三颗微小的玻璃珠——嫦娥五号样本中的三千颗玻璃珠中只有三颗。北京中国科学院地质与地球物理研究所王必文和张谦领导的研究小组在嫦娥五号回收的0.6盎司（1.7克）月球泥土中仔细搜寻，在大海捞针中寻找这些针状物。玻璃珠的尺寸仅为 20 至 400 微米，可以通过小行星猛烈撞击、熔化和加压岩石而形成，从而变成玻璃。事实上，这些撞击产生的珠子构成了样本中的绝大多数珠子——考虑到月球上以陨石坑形式出现的明显撞击数量，这并不奇怪。但还有另一种方法来形成这些珠子。

王和张的团队在他们的研究论文中写道：“岩浆喷泉产生火山玻璃，以前在月球表面的样本中发现过这种玻璃。”当然，以前在月球上发现过火山起源的玻璃珠，但总是源自数十亿年前的岩浆喷发。然而，嫦娥五号在Oceanus Procellarum（“风暴之海”）的Mons Rümker地区附近富含火山圆顶的着陆点成功找到了三颗非常特别的玻璃珠，并于12月17日将它们带回地球。 2020 年 16 日。

王和张的团队写道：“对三颗火山玻璃珠进行的铀铅测年表明，它们形成于 1.23 亿年前，±1500 万年前。”

铀铅测年涉及测量一百万年前岩石样本中铀放射性衰变成铅的情况。一般来说，铅与铀的比例越大，样品的年龄就越大，以便有足够的时间让所有的铀衰变成铅。反之亦然，铅相对于铀的丰度越低，样品就越年轻。

加强这一发现的是，这并不是月球地质上最近发生火山活动的第一个证据。 2014 年，美国宇航局的月球勘测轨道飞行器 (LRO) 在月球表面拍摄到了大约 70 个奇特的特征，这些特征被称为不规则母马斑块，或许更广为人知的名字是朗朗上口的缩写词“IMP”。事实上，第一张 IMP 是 1971 年由 NASA 的阿波罗 15 号宇航员在月球轨道上拍摄到的，但当时它的真实面貌并未得到认可。 IMP 是光滑、圆形、浅的土丘，旁边是斜坡上的岩石、杂乱地形。这些特征的平均宽度不到三分之一英里，是在火山平原上发现的，至少有一些特征的历史似乎还不到 1 亿年，甚至可能还不到 5000 万年。这些年龄估计来自陨石坑的数量——表面的陨石坑越多，它的年龄就越大，而光滑的斜坡相对来说没有受到影响。

虽然 IMP 强烈暗示最近的火山活动，但玻璃珠提供了无可争议的证据。然而，我们的月球热演化模型表明，在 45 亿年前月球形成之后，其内部早就应该冷却下来了。简而言之，月球内部的温度不应足以产生火山活动。那么现在的问题是，是什么原因造成的呢？

王和张的团队写道：“我们在这些火山玻璃珠中测量到了高丰度的稀土元素和钍，这可能表明最近的火山活动与岩浆地幔源中发热元素的局部富集有关。”

这些元素，如钾、磷、钇和镧，可以通过放射性衰变产生热量，这可能足以融化月幔中的岩石，至少在局部范围内，这可能会引发适度的火山喷发。

我还想到了另外两个问题。一是，这个火山活动今天可能很活跃吗？几十年来，不断有关于“月球瞬态现象”（TLP）的报道——月球地貌上空出现幽灵般的彩色薄雾。它们的存在存在很大争议，因为它们还没有被太空探测器观测到，只有地球上的业余天文学家观测到。虽然许多月球科学家认为 TLP 是由于地球观测地点上方恶劣的大气条件造成的，甚至只是观测者的错误识别，但人们提出的一种可能的解释是火山放气。这似乎不太可能，因为当时人们一致认为月球是火山惰性的，但嫦娥五号的新发现，在月球勘测轨道飞行器对IMP观测的支持下，提出了月球上仍然可能存在火山喷发的可能性。如果月球火山活动仍然存在，未来登陆月球的宇航员是否可以利用其能量？

虽然这些仍然是悬而未决的问题，但现在看来可以肯定的是，月球并不像我们想象的那么死，事实上，它仍然偶尔会从沉睡中醒来。一亿年前，白垩纪时代的恐龙在地球上漫游，而它们不知道的是，熔岩的发光点可能已经照亮了它们头顶高高的月球。

嫦娥五号的新发现于9月5日发表在《科学》杂志上。

最初发布于Space.com。