月壤玻璃微球揭秘地月系統小行星撞擊事件

嫦娥五號在月表采樣圖，著陸區月壤中玻璃球粒研究揭示地月系統20億年以來出現撞擊頻率激增。 圖片來源：探月中心

小行星撞擊是人類文明未來面臨的潛在災難之一。地球上記錄有約200次大型撞擊事件，直徑數千米的小行星撞擊足以造成生物大滅絕。

地球形成45億年以來撞擊通量呈指數下降。那么，地月系統小行星撞擊頻率是否一直平穩衰減？數量眾多的近地小行星是否可能導致未來撞擊事件突然增加？

嫦娥五號返回的月壤樣品是尋找相關答案的最佳研究對象。中國地質科學院地質研究所北京離子探針中心研究員龍濤、中國地質大學（武漢）博士錢煜奇等聯合國內外學者組成的國際研究團隊，通過將月壤中的玻璃球粒與附近撞擊坑相關聯，證實月球20億年以來撞擊頻率隨著時間變化。該成果近日發表于《科學進展》。

值得注意的是，嫦娥五號月壤中撞擊玻璃球粒年齡與小行星帶內多組撞擊事件年齡相同，其中一個年齡與恐龍滅絕事件相吻合，代表當時撞擊頻率突增，蘊含恐龍滅絕奧秘。“這意味著地球歷史上經歷過撞擊頻率高于平均水平的時期，未來也可能出現類似的情況。”論文第一兼通訊作者龍濤對《中國科學報》說。

2020年12月17日，嫦娥五號成功返回1731克月壤樣品。其中玄武巖樣品鈾-鉛定年結果表明，月球在20億年前仍存在巖漿活動，將月球地質壽命 “延長”近10億年，為行星地質學中撞擊坑定年方法提供關鍵錨點。

要獲得小行星撞擊頻率變化，關鍵是準確分析月壤中的玻璃球粒年齡，并找出與之對應的撞擊坑。“月壤中含有大量玻璃球粒，其撞擊成因是了解內太陽系撞擊歷史的重要研究對象，能夠反映月殼物質組成和內太陽系的撞擊動力學。”龍濤表示，此前由于對撞擊玻璃球粒的來源和分布的物理機制及其與著陸區地質關聯理解不足，限制了將玻璃球粒用于精確重建內太陽系撞擊歷史。

據介紹，玻璃球粒的年齡測量難度極高，其直徑只有“頭發絲粗細”，必須通過離子束轟擊并檢測其中含量極低的鈾和鉛的成分才能得到。要確定月壤中玻璃球粒來自哪個撞擊坑也十分困難，如大海撈針。

為了充分理解撞擊玻璃球粒的來源和分布，精確重建月球撞擊歷史，研究團隊在嫦娥五號月壤CE5C0400YJFM00402中選出215顆直徑在50 ~ 200微米（1微米為1毫米的千分之一）的玻璃球粒。通過地球化學組成分析發現，約80%的玻璃球粒（176個）與嫦娥五號月壤和玄武巖成分接近，為“本地”玻璃球粒；39顆玻璃球粒成分與嫦娥五號月壤和玄武巖成分不同，將其劃分為“外來”玻璃球粒。其中，“本地”撞擊玻璃球粒形成年齡從距今幾個百萬年到20億年前。

為了將嫦娥五號撞擊成因的玻璃球粒與撞擊坑關聯，研究團隊建立了撞擊濺射物數值模型，結果表明濺射物熔融形成球粒是撞擊玻璃球粒的形成機制。形成玻璃球粒熔體的平均拋射速度為300-500 米/秒，傳輸距離達到幾十公里。研究還發現直徑超過1千米的撞擊坑能夠提供大量玻璃球粒。他們將數值模型與嫦娥五號采樣區地質結合，最終在著陸區周圍超過10萬個撞擊坑中篩選出了可能的源撞擊坑。

研究還表明，撞擊玻璃球粒年齡與小行星帶內多組撞擊事件年齡相同。例如，2015年在南極發現的灶神星隕石（HED）的宇宙射線暴露（CRE）年齡與嫦娥五號撞擊玻璃球粒年齡類似，這意味著HED隕石母體解體的同時，產生大量較大的撞擊物，并在地球和月球的撞擊事件中記錄。同時，距今460~480百萬年，L型小行星碎片到達地球，此次重大裂解事件使地球在奧陶紀撞擊通量激增。而嫦娥五號玻璃球粒年齡為377 ± 1百萬和577 ± 12百萬年的玻璃球粒數量最多，推測可能是由L型球粒隕石或者其他小行星提供中型尺寸的撞擊物。

研究者表示，嫦娥五號撞擊玻璃球粒研究表明，其年齡分布可能代表撞擊頻率的短期變化和小行星帶動力學過程關系，因此，有必要開展更多月壤分析和其他區域撞擊坑交叉對比，從撞擊通量背景中區分具有重要意義的全月事件。

相關論文信息：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq2542