7月9日，中國嫦娥六號月球采樣返回任務(wù)的首批四項研究成果，同日以封面形式登上國際學術(shù)期刊《自然》雜志，再次引起世界矚目。
當天，中國科學院院士、中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所（以下簡稱地質(zhì)地球所）研究員吳福元與來自中國科學院國家天文臺（以下簡稱國家天文臺）、南京大學開展月球樣品研究的合作者們，收到了來自世界各地同行們的祝賀。
“衷心祝賀嫦娥六號團隊及中國探月工程取得的卓越成就！這些突破性成果標志著我們對月球演化史的認知取得了重大進展，將有望改寫教科書?！泵绹茖W院院士、麻省理工學院教授本·韋斯（Ben Weiss）說道。
在當天中國科學院于北京舉行的新聞發(fā)布會上，吳福元表示：“我們首先要致敬中國航天！正是過去20多年中國航天人的努力拼搏，創(chuàng)造了一個個輝煌，才開啟了中國行星探測的新局面?！?span style="display:none">UgD速刷資訊——每天刷點最新資訊，了解這個世界多一點SUSHUAPOS.COM
打開月背“盲盒”
2024年5月3日下午，嫦娥六號在海南文昌發(fā)射時，吳福元正在美國出差，與北京時間相隔15小時時差?？吹较ⅲ貏e激動，整宿都在刷手機關(guān)注相關(guān)動態(tài)，徹夜未眠。
此前人類已有10次月球采樣任務(wù)，包括美國6次阿波羅計劃、前蘇聯(lián)3次月球計劃、中國1次嫦娥五號任務(wù)，累計采集樣品約384公斤。截至2024年底，人類還收集到708塊月球隕石，總重量超1750千克。
在這些樣品的基礎(chǔ)上，嫦娥六號會帶來哪些獨特的突破與貢獻呢？全世界為此矚目。
自20世紀60年代太空任務(wù)首次實現(xiàn)繞月飛行以來，人們已經(jīng)解構(gòu)出月球形成演化的基本框架：在太陽系約46億年前形成后的約3000萬年，一顆火星大小的天體撞擊原始地球，撞擊產(chǎn)生的碎片經(jīng)旋轉(zhuǎn)聚集，逐漸形成了地球與月球，構(gòu)成地月系統(tǒng)。撞擊的巨大能量使早期月球處于熔融狀態(tài)，熔融巖漿冷卻結(jié)晶，形成今天的月球。
“這一過程可通過‘大撞擊理論’和‘巖漿洋理論’解釋?！眳歉Ｔ诮邮堋吨袊茖W報》采訪時說。
然而，此前的研究多基于月球正面的樣品與數(shù)據(jù)，巖漿洋的模型能否解釋月球的“二分性”？學界就此并未達成廣泛共識。
月球的“二分性”，即月球正面與背面在地質(zhì)上存在顯著差異。例如，月球正面的月殼厚度約為背面的一半，月球正面還分布著月球約90%的月海，且產(chǎn)熱元素濃度更高、火山活動更頻繁，但導致這種差異性的原因一直存在激烈爭議。
“嫦娥六號最令人印象深刻的是，它成功地在先前被認為無法到達的月球著陸點執(zhí)行采樣返回任務(wù)。最關(guān)鍵的是，它從月球背面靠近南極-艾特肯（SPA）盆地的區(qū)域帶回了樣本。”美國科學院院士理查德·卡爾森（Richard W. Carlson）評價說。
嫦娥六號著陸器降落在一個“盆地套盆地”的區(qū)域——所降落的阿波羅盆地是一個直徑約500公里的撞擊坑，而阿波羅盆地則處于更大的SPA盆地內(nèi)部。后者直徑達2500公里，超過月球直徑的一半，是太陽系中最大、最古老的撞擊坑之一。一些研究者認為，這次巨大的撞擊直接塑造了月球正面和背面的不對稱性，但這一觀點同樣存在爭議。
“嫦娥六號的著陸采樣點位于兩個盆地內(nèi)，其目標就是獲取可能是最深、最具研究價值的樣品，為探索月球背面演化歷史奠定基礎(chǔ)?！辨隙鹆柛笨傇O(shè)計師、國家天文臺研究員李春來對《中國科學報》說。
科研團隊向超導磁力儀中放置月壤樣品。地質(zhì)地球所供圖
彌補“殘卷”空白
基于嫦娥六號月壤樣品研究，中國科學家關(guān)于月球最古老（SPA）盆地的研究，創(chuàng)造的多個“首創(chuàng)新”發(fā)現(xiàn)——揭示月背巖漿活動、古磁場、月幔水含量及地球化學特征，首次為人類揭開了月球背面的演化歷史。
“這些研究正在徹底重塑我們對月球的認知?！庇_放大學行星科學與探測教授馬赫什·阿南（Mahesh Anand）表示，“更驚人的是，部分樣本揭示42億年前的火山活動痕跡——這是迄今測得最古老的月海玄武巖。”
“28億年的月背樣本記錄了當時月球上存在磁場，且強度與在月球正面更古老樣本中觀測到的磁場強度相似。這帶來了一個問題：人們其實并不理解像月球這樣小的天體最初是如何能夠產(chǎn)生磁場的，更不用說讓它持續(xù)運行近20億年之久?！笨柹f，這類問題正推動著更多研究工作，以理解行星產(chǎn)生磁場的基本機制。
韋斯認為，月背月?！皹O度缺水”與月球正面形成鮮明對照，對月球起源理論提出挑戰(zhàn)——大撞擊假說認為月球形成時經(jīng)歷超高溫事件，理應(yīng)耗盡揮發(fā)性物質(zhì)。
在月壤化學特征方面，國家天文臺研究員李春來與地質(zhì)地球所研究員楊蔚首次發(fā)現(xiàn)月球背面玄武巖來自極其虧損的源區(qū)，并提出了兩種解釋：一是月球地幔開始結(jié)晶時，正面與背面地幔共享一個高度虧損的巖漿源；二是SPA盆地撞擊產(chǎn)生的熱量部分熔融地幔，剝離了殘留固體礦物中的不相容元素，導致28億年前再次熔融時形成高度虧損的熔巖。
“無論哪種解釋成立，這類研究都突顯了樣本返回任務(wù)的科學重要性?！泵绹鹆_里達大學地質(zhì)科學系佛羅里達行星實驗室研究員斯蒂芬·埃拉爾多（Stephen M. Elardo)在同期發(fā)表于《自然》的新聞與觀點文章中評述道，“軌道遙感任務(wù)有助于從整體尺度研究月球，但實驗室直接測量樣本的價值遠超遠程觀測。樣本返回任務(wù)更復雜且成本更高，但科學回報巨大。”
會上，中國科學院院士、地質(zhì)地球所研究員朱日祥表示，這一系列研究成果被《自然》雜志選為封面，封面語“Lunar History”（月球歷史），既說明研究工作“揭示了月球SPA盆地的演化歷史”，也說明“嫦娥六號樣品的返回和研究創(chuàng)造了月球探測和研究的歷史”。
除了此次四項《自然》進展，一年來，中國科學院的科學家們利用嫦娥六號樣品還取得了其他許多科學突破。例如，揭秘了樣品的物理、礦物和地球化學特征；提出月球巖漿活動是月殼厚度以及源區(qū)物質(zhì)組成共同作用的結(jié)果，為月海玄武巖分布的二分性提供了全新認識；首次精確測定南極-艾特肯盆地形成于42.5億年前，讓人類在了解太陽系早期大型撞擊歷史方面有了更精確的“宇宙時鐘”標尺。
中國科學院院士、中國月球探測工程首任首席科學家歐陽自遠表示，月球演化的歷史圖譜，長期以來像一幅“殘卷”——依賴美蘇樣本僅揭示了月球40億至30億年前的片段，如同僅知一個人的“青壯年”時代。而從中國嫦娥五號到嫦娥六號樣品研究，為月球演化的歷史殘卷補上了關(guān)鍵幾筆——首次填補了月球演化史的“晚年”與“童年”空白。
他表示，嫦娥五號任務(wù)從月球正面帶回了迄今最年輕的月球火山巖——年齡約為20億年。嫦娥六號樣本的研究則顯示，其最古老的物質(zhì)年齡可追溯至42億年前，彼時月球僅形成了2~3億年。這些研究讓中國科學家率先解開了“月球研究中的‘一老’與‘一新’兩大核心問題”。
科研人員查看巖屑顯微鏡成像照片。國家天文臺供圖
“像打仗一樣攻堅”
“作為科技‘國家隊’，中國科學院一直積極承擔和參與國家航天重大科技任務(wù)。接收嫦娥六號月球樣品后，中國科學院高度重視相關(guān)研究工作，發(fā)揮體系化建制化優(yōu)勢，全力組織科研攻關(guān)，搶占空間科學領(lǐng)域科技制高點?！卑l(fā)布會上，中國科學院副院長、黨組成員何宏平說。
月球背面樣品研究沒有任何先例可鑒。2023年5月，早在嫦娥六號發(fā)射前一年，地質(zhì)地球所就組建了嫦娥六號工作組，采取自愿參與學科整合相結(jié)合的組織方式，成立了核心團隊?！澳菚r候，基本上兩周都要開一次討論會，邀請專家到所里來座談、做報告，探討嫦娥六號應(yīng)該聚焦哪些重大的科學問題?！眳歉Ｔ榻B說，通過持續(xù)研討，研究團隊梳理出二十余個關(guān)鍵研究問題，每個問題明確專人負責，形成“有組織、有目標”的攻堅模式。
2024年5月3日，嫦娥六號發(fā)射當日，地質(zhì)地球所成立了“嫦娥六號突擊隊”，圍繞重點問題展開預研究；8月24日，當嫦娥六號樣品分發(fā)后，研究所第一時間展開攻關(guān)。研究所專門為各研究組配備了會議室，每天晚上，會議室的燈都會亮到深夜。9月10日，收到樣品后的第16天，各個團隊完成的玄武巖測年、巖石學、地球化學、磁學、稀有氣體等首批6項成果已經(jīng)紛紛投稿。
“雖然有些累，但大家也很快樂?！眳歉Ｔf，“從國際層面來看，國際學術(shù)界對嫦娥六號的研究成果滿懷期待。從國家發(fā)展的角度來說，中國正處于科技趕超、爬坡過坎的關(guān)鍵階段，在深空探測這類前沿領(lǐng)域，我們必須以更快的速度突破，才能跟上甚至引領(lǐng)國際步伐。”
“當然，每個人都要做到‘快而不糙’，站在國家立場認識研究的意義，將攻關(guān)過程視為‘創(chuàng)造歷史’的過程。像打仗一樣攻堅，才能在最短時間內(nèi)拿出高質(zhì)量成果?！眳歉Ｔa充說。
在嫦娥六號任務(wù)中，國家天文臺承擔了從科學目標設(shè)計、著陸點選址，到載荷指令上行、數(shù)據(jù)接收處理，再到樣品解封、制備、分析的從工程技術(shù)到科學研究的全鏈條工作。
“中國探月工程的成功是科學與工程深度融合的典型范例?！崩畲簛碓诮邮堋吨袊茖W報》采訪時直言，“沒有工程技術(shù)，科學發(fā)現(xiàn)無從談起；而科學問題又指導工程優(yōu)化，如采樣點選擇直接影響成果價值?！?span style="display:none">UgD速刷資訊——每天刷點最新資訊，了解這個世界多一點SUSHUAPOS.COM
中國科學院廣州地球化學研究所工程師崔澤賢也表示，該所從樣品研究前期就秉持“不打無準備之仗”的指導思想，從團隊建設(shè)和技術(shù)準備兩方面做好部署。目前發(fā)表的嫦娥六號相關(guān)研究，不僅為月球演化歷史研究提供了新的視角，還揭示了月球背面火山活動和太空風化的特點，為未來月球探測和科研站建設(shè)提供了重要參考。
月球背面影像圖。制圖：李春來、劉建軍、楊蔚、地面應(yīng)用系統(tǒng)、國家天文臺
形成“中國行星學派”
盡管多項成果填補月背研究空白令人振奮，但會上多位專家學者同時表示，應(yīng)清醒地認識到，嫦娥六號月球背面樣品僅揭開月球奧秘的一角，推動月球演化歷史認知的突破，依然任重道遠。
“中國行星科學已起步，且得到國際學界關(guān)注。”吳福元說，盡管研究水準顯著提升，但仍需走出自主道路，要創(chuàng)建“中國的月球研究學派”，形成自己的思路與特色。
他表示，這意味著未來行星科學發(fā)展應(yīng)注重“后發(fā)優(yōu)勢”。首先，技術(shù)突破是關(guān)鍵支撐，應(yīng)利用我國在儀器載荷、地球化學分析、離子探針等方面的技術(shù)積累，為快速產(chǎn)出成果奠定基礎(chǔ)；其次應(yīng)聚焦關(guān)鍵核心問題，集中力量突破，而非“東敲西打”，跟著國外的研究熱點走；此外在目前基礎(chǔ)上，進一步結(jié)合物理學、工程學等多領(lǐng)域方法，加強跨學科融合。
“比如，嫦娥五號與六號樣品的力學性質(zhì)差別很大。前者打開儲存瓶會自己飛走；而后者黏性較大，不會飛走。這說明它們在物理性質(zhì)上存在不同?！眳歉Ｔe例說，目前推測這種差異可能與礦物和顆粒粒度有關(guān)，但尚未完全解開謎題。相關(guān)研究對于下一步建立月球基地、利用月壤進行3D打印等具有重要的實際意義。
行星科學正成為地球科學的新生長點，人才是推動這一前沿學科發(fā)展的重要支柱。吳福元介紹，地質(zhì)地球所早在2003年就開始布局這一學科，2017年在中國科學院大學設(shè)立地球與行星科學專業(yè)。南京大學教授惠鶴九表示，2021年南京大學與地質(zhì)與地球所共建“行星科學科教融合中心”，開啟科研與教育的全面合作，目前已聯(lián)合培養(yǎng)了一批年輕科研人才，為我國行星科學發(fā)展儲備了重要力量。
如今，中國行星科學發(fā)展路線圖已經(jīng)繪就：2030年前后實現(xiàn)載人登月,建立月球基地;2050年前后,載人從月球基地飛向更遠的行星,具備載人登火星能力?！暗卦峦?，通過探月工程，我們將從月球這顆中繼站，走進蒼穹和宇宙，開創(chuàng)行星科學新的時代?！敝袊茖W院院士王赤說。
“科學和技術(shù)是一家人，我們不但要在深空探測技術(shù)上提升能力，而且要在科學上提升認識，不斷使我們對于宇宙、自然的認識站在新的起點上”嫦娥六號任務(wù)總設(shè)計師胡浩說。國家航天局探月與航天工程中心主任關(guān)鋒也希望，未來通過航天重大工程，共同推進產(chǎn)學研深度融合，努力推動空間科學、空間技術(shù)、空間應(yīng)用全面發(fā)展，取得更多成果與發(fā)現(xiàn)。
“未來，隨著更多‘一手數(shù)據(jù)’獲取，中國行星科學將從‘跟跑’邁向‘并跑’，甚至在一些領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)引領(lǐng)?！崩畲簛碚f。
本文鏈接：月背“盲盒”開啟背后，中國行星科學研究正在崛起http://m.sq15.cn/show-11-23197-0.html
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