月球的二分性是指月球正面和背面在形貌、成分、月壳厚度、岩浆活动等方面存在的显著差异，但是其形成机制仍未得到解决，成为现今月球科学最大的关键问题之一。阿波罗，月球号和我国嫦娥五号任务采集到的月球样品都来自月球正面，但研究月球二分性不能缺少月背样品。2024年6月25日14时07分，我国嫦娥六号月球探测器携带1935.3克月球样品返回地球，完成了人类首次从月球背面采样的壮举。嫦娥六号样品采集于月背南极-艾特肯盆地东北部的月海玄武岩单元（图1）。该盆地是月球上最大、最深且最古老的盆地，为厘清月球正面和背面物质组成差异、破解月球二分性之谜提供了前所未有的机遇。
图1 嫦娥六号在月球背面着陆位置
近日，由中国科学院广州地球化学研究所徐义刚院士和张乐高级工程师领衔的研究团队在嫦娥六号月球样品研究方面取得重大进展，为揭示月球二分性、完善全月演化框架提供了关键科学证据。相关研究成果于北京时间11月15日在线发表于《Science》。
嫦娥六号样品含有低钛和超低钛两类月海玄武岩（对应图1中遥感识别的中钛和低钛玄武岩），其中占主导的低钛玄武岩代表采样点原位玄武岩物质，而超低钛玄武岩可能来自于着陆区东侧的玄武岩单元。利用超高空间分辨率SIMS定年技术和激光剥蚀多接收电感耦合等离体质谱技术，分别对玄武岩屑中微小含锆矿物（<5微米）以及斜长石和晚期填隙物开展了微区Pb-Pb和Sr-Nd同位素分析。Pb-Pb等时线和Rb-Sr等时线给出了一致的年龄，标定嫦娥六号低钛玄武岩的喷发年龄为28.3亿年（图2），揭示月球背面同样存在年轻岩浆活动。与采自月球正面的阿波罗和嫦娥五号样品相比，嫦娥六号样品具有极低的μ值（238U/204Pb）和初始Sr同位素比值，以及迄今为止报道的最高的εNd值。这些特征共同指示嫦娥六号低钛玄武岩具有一个不含克里普物质、十分亏损的月幔源区。
图2 嫦娥六号月壤中的两类玄武岩（低钛和超低钛）以及低钛玄武岩同位素等时线
传统观点认为，月球背面的月壳较厚，抑制了月海玄武岩喷发，导致月球正面和背面的月海分布不对称。然而这一模型不能很好地解释为什么位于月背，月壳很薄的南极-艾特肯盆地也缺乏大规模的月海玄武岩浆活动。本研究提出，月球岩浆活动除受月壳厚度影响外，月幔源区的物质组成也是重要的控制因素。尽管南极-艾特肯盆地具有薄的月壳，但该盆地之下亏损难熔的月幔难以发生显著规模的熔融，导致盆地内缺乏大规模的月海玄武岩喷发。
本研究获得的低钛玄武岩年龄结合撞击坑统计分析还弥补了月球撞击历史研究在～32–20亿年间缺乏样品标定的空白，更新了行星地质学领域广泛使用的撞击年代学曲线。新获取的撞击通量模型首次以样品年龄为约束，证明月球的撞击通量经过早期快速衰退后，在28.3亿年前已达到整体稳定的状态。
本工作得到了中国科学院（批准号：ZDBS-SSW-JSC007-11）和中国科学院广州地球化学研究所月球研究项目（批准号：2022SZJJZD-03）的资助。
论文信息：
Cui,Z.X.†,Yang,Q.†,Zhang,Y.Q.,Wang,C.Y.,Xian,H.Y.,Chen,Z.M.,Xiao,Z.Y.,Qian,Y.Q.,Head III,J.W.,Neal,C.R.,Xiao,L.,Luo,F.,Chen,J.,He,P.,Cao,Y.,Zhou,Q.,Huang,F.F.,Chen,L.L.,Wei,B.,Wang,J.T.,Yang,Y.N.,Li,S.,Yang,Y.P.,Lin,X.J.,Zhu,J.X.,Zhang,L.*,Xu,Y.G.*. 2024. A sample of the Moon's far side retrieved by Chang'e-6 contains 2.83-billion-year-old basalt. Science
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adt1093
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