文 ｜ 《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者 馮麗妃

7月9日，中國(guó)嫦娥六號(hào)月球采樣返回任務(wù)的首批4項(xiàng)研究成果，以封面形式在《自然》發(fā)表。

當(dāng)天，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所（以下簡(jiǎn)稱地質(zhì)地球所）研究員吳福元與來(lái)自中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱國(guó)家天文臺(tái)）、南京大學(xué)的合作者，紛紛收到世界各地同行的祝賀。

“衷心祝賀嫦娥六號(hào)團(tuán)隊(duì)及中國(guó)探月工程取得卓越成就！這些突破性成果標(biāo)志著人類(lèi)對(duì)月球演化史的認(rèn)知取得了重大進(jìn)展，有望改寫(xiě)教科書(shū)。”美國(guó)科學(xué)院院士、麻省理工學(xué)院教授本·韋斯說(shuō)。

對(duì)此，吳福元表示：“我們首先要致敬中國(guó)航天！正是過(guò)去20多年中國(guó)航天人的努力拼搏，創(chuàng)造的一個(gè)個(gè)輝煌成就，才開(kāi)啟了中國(guó)行星探測(cè)的新局面。”

在中國(guó)科學(xué)院當(dāng)天于北京舉行的新聞發(fā)布會(huì)上，中國(guó)科學(xué)院副院長(zhǎng)、黨組成員何宏平說(shuō)：“中國(guó)科學(xué)院高度重視嫦娥六號(hào)月球樣品研究工作，發(fā)揮體系化建制化優(yōu)勢(shì)，全力組織科研攻關(guān)，搶占空間科學(xué)領(lǐng)域科技制高點(diǎn)。”

科研人員查看巖屑顯微鏡成像照片。國(guó)家天文臺(tái)供圖

打開(kāi)月背“盲盒”

2024年5月3日下午，嫦娥六號(hào)在海南文昌發(fā)射時(shí)，吳福元正在美國(guó)出差，與北京有15小時(shí)時(shí)差。看到發(fā)射成功的消息，他特別激動(dòng)，整晚都在刷手機(jī)關(guān)注相關(guān)動(dòng)態(tài)。

此前人類(lèi)已有10次月球采樣任務(wù)，包括美國(guó)的6次阿波羅計(jì)劃、蘇聯(lián)的3次月球計(jì)劃、中國(guó)的1次嫦娥五號(hào)任務(wù)，累計(jì)采集樣品約384千克。截至2024年底，人類(lèi)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(hào)又會(huì)帶來(lái)哪些新突破？

自20世紀(jì)60年代太空任務(wù)首次實(shí)現(xiàn)繞月飛行以來(lái)，人們已經(jīng)解構(gòu)出月球形成演化的基本框架——在太陽(yáng)系46億年前形成后的約3000萬(wàn)年，一顆火星大小的天體撞擊原始地球，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(guò)程可通過(guò)‘大撞擊理論’和‘巖漿洋理論’解釋。”吳福元在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)說(shuō)。

然而，此前研究多基于月球正面樣品與數(shù)據(jù)。巖漿洋模型能否解釋月球的“二分性”，學(xué)界就此并未達(dá)成廣泛共識(shí)。

月球的二分性是指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，月球正面還分布著約90%的月海，且產(chǎn)熱元素濃度更高、火山活動(dòng)更頻繁，但導(dǎo)致這種差異性的原因一直存在爭(zhēng)議。

“嫦娥六號(hào)最令人印象深刻的是，它成功在先前被認(rèn)為無(wú)法到達(dá)的月球著陸點(diǎn)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(guó)科學(xué)院院士理查德·卡爾森評(píng)價(jià)說(shuō)。

嫦娥六號(hào)著陸器降落在一個(gè)“盆地套盆地”的區(qū)域。它所降落的阿波羅盆地是一個(gè)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(dá)2500公里，超過(guò)月球直徑的一半，是太陽(yáng)系最大、最古老的撞擊坑之一。一些研究者認(rèn)為，這次巨大的撞擊直接塑造了月球的二分性，但這一觀點(diǎn)同樣存在爭(zhēng)議。

“采樣點(diǎn)位于兩個(gè)盆地內(nèi)，其目標(biāo)就是獲取可能為最深、最具研究?jī)r(jià)值的樣品，為探索月球背面演化歷史奠定基礎(chǔ)。”嫦娥六號(hào)副總設(shè)計(jì)師、國(guó)家天文臺(tái)研究員李春來(lái)對(duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》說(shuō)。

彌補(bǔ)“殘卷”空白

基于嫦娥六號(hào)月壤樣品研究，中國(guó)科學(xué)家此次取得了多個(gè)“首創(chuàng)性”發(fā)現(xiàn)——

首次揭示月背在約42億年前和28億年前存在兩期不同的火山活動(dòng)，表明月球背面可以維持持久的火山活力；

首次獲得月背古磁場(chǎng)信息，發(fā)現(xiàn)月球磁場(chǎng)強(qiáng)度可能在28億年前發(fā)生過(guò)反彈，指示月球發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)并非單調(diào)衰減而是存在波動(dòng)；

首次獲得月球背面月幔的水含量，發(fā)現(xiàn)其顯著低于正面月幔，指示月球內(nèi)部水分布也存在二分性；

首次發(fā)現(xiàn)月球背面玄武巖來(lái)自極其虧損的源區(qū)，可能指示了原始月幔的極度虧損，或源于大型撞擊事件導(dǎo)致的熔體抽取，揭示SPA大型撞擊事件可能對(duì)月球深部圈層演化產(chǎn)生巨大影響。

“這些研究正在徹底重塑我們對(duì)月球的認(rèn)知。”英國(guó)開(kāi)放大學(xué)行星科學(xué)與探測(cè)教授馬赫什·阿南表示。

“軌道遙感任務(wù)有助于從整體尺度研究月球，但實(shí)驗(yàn)室直接測(cè)量樣本的價(jià)值遠(yuǎn)超遠(yuǎn)程觀測(cè)。樣本返回任務(wù)更復(fù)雜且成本更高，但科學(xué)回報(bào)巨大。”美國(guó)佛羅里達(dá)行星實(shí)驗(yàn)室研究員斯蒂芬·埃拉爾多在同期發(fā)表于《自然》的新聞與觀點(diǎn)文章中評(píng)述道。

中國(guó)科學(xué)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》選為封面，封面語(yǔ)為“Lunar History”（月球歷史），既說(shuō)明相關(guān)研究“揭示了月球SPA盆地的演化歷史”，也說(shuō)明“嫦娥六號(hào)樣品的返回和研究創(chuàng)造了月球探測(cè)和研究的歷史”。

過(guò)去一年，中國(guó)科學(xué)院的科學(xué)家利用嫦娥六號(hào)樣品取得了諸多科學(xué)突破。例如，揭示了樣品的物理、礦物和地球化學(xué)特征；提出月球巖漿活動(dòng)是月殼厚度及源區(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(rèn)識(shí)；首次精確測(cè)定SPA盆地形成于42.5億年前，讓人類(lèi)在了解太陽(yáng)系早期大型撞擊歷史方面有了更精確的“宇宙時(shí)鐘”標(biāo)尺。

中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)月球探測(cè)工程首任首席科學(xué)家歐陽(yáng)自遠(yuǎn)表示，月球演化的歷史圖譜長(zhǎng)期以來(lái)像一幅“殘卷”——美蘇樣本僅揭示了月球40億年前至30億年前的片段。而從中國(guó)嫦娥五號(hào)到嫦娥六號(hào)的樣品研究，為月球演化的歷史殘卷補(bǔ)上了關(guān)鍵幾筆——首次填補(bǔ)了月球演化史的“晚年”與“童年”空白。

嫦娥五號(hào)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(hào)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(shí)月球僅形成了2億至3億年。歐陽(yáng)自遠(yuǎn)表示，這些研究讓中國(guó)科學(xué)家率先解開(kāi)了“月球研究中‘一老’與‘一新’兩大核心問(wèn)題”。

“像打仗一樣攻堅(jiān)”

2023年5月，早在嫦娥六號(hào)發(fā)射前一年，地質(zhì)地球所就組建了嫦娥六號(hào)工作組，采取自愿參與學(xué)科整合的組織方式成立了核心團(tuán)隊(duì)。“那時(shí)候，基本上每周就要開(kāi)一次討論會(huì)，邀請(qǐng)專家到所里座談、作報(bào)告。”吳福元介紹說(shuō)，通過(guò)持續(xù)研討，研究團(tuán)隊(duì)梳理出20余個(gè)關(guān)鍵研究問(wèn)題，每個(gè)問(wèn)題明確專人負(fù)責(zé)，形成“有組織、有目標(biāo)”的攻堅(jiān)模式。

2024年8月24日，當(dāng)嫦娥六號(hào)樣品分發(fā)后，地質(zhì)地球所第一時(shí)間展開(kāi)攻關(guān)。收到樣品后的第16天，各個(gè)團(tuán)隊(duì)完成的玄武巖測(cè)年、巖石學(xué)、地球化學(xué)、磁學(xué)、稀有氣體等首批6項(xiàng)成果已紛紛投稿。

“像打仗一樣攻堅(jiān)，才能在最短時(shí)間內(nèi)拿出高質(zhì)量成果。”吳福元說(shuō)，“從國(guó)際層面看，國(guó)際學(xué)術(shù)界對(duì)嫦娥六號(hào)的研究成果滿懷期待。從國(guó)家發(fā)展角度說(shuō)，中國(guó)正處于科技趕超、爬坡過(guò)坎的關(guān)鍵階段，在深空探測(cè)這類(lèi)前沿領(lǐng)域，我們必須以更快速度突破，才能跟上甚至引領(lǐng)國(guó)際步伐。”

在嫦娥六號(hào)任務(wù)中，國(guó)家天文臺(tái)承擔(dān)了從科學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)、著陸點(diǎn)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、分析的全鏈條工作。

“中國(guó)探月工程的成功是科學(xué)與工程深度融合的范例。”李春來(lái)在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)說(shuō)，“沒(méi)有工程技術(shù)，科學(xué)發(fā)現(xiàn)無(wú)從談起；而科學(xué)問(wèn)題又指導(dǎo)工程優(yōu)化，如采樣點(diǎn)選擇直接影響成果價(jià)值。”

中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所工程師崔澤賢表示，目前發(fā)表的嫦娥六號(hào)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(dòng)和太空風(fēng)化的特點(diǎn)，為未來(lái)月球探測(cè)和科研站建設(shè)提供了重要參考。

形成“中國(guó)行星學(xué)派”

盡管多項(xiàng)成果填補(bǔ)月背研究空白，但多位專家學(xué)者表示，嫦娥六號(hào)月球背面樣品僅揭開(kāi)月球奧秘的一角，實(shí)現(xiàn)月球演化歷史認(rèn)知的突破仍任重道遠(yuǎn)。

吳福元說(shuō)，盡管我國(guó)行星科學(xué)研究水準(zhǔn)顯著提升，但未來(lái)仍需走出一條自主道路，創(chuàng)建“中國(guó)的月球研究學(xué)派”，形成自己的思路與特色。這意味著未來(lái)行星科學(xué)發(fā)展應(yīng)注重“后發(fā)優(yōu)勢(shì)”。首先，技術(shù)突破是關(guān)鍵支撐，應(yīng)利用我國(guó)在儀器載荷、地球化學(xué)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(wèn)題，集中力量突破，而非“東敲西打”，跟著國(guó)外的研究熱點(diǎn)走；此外，在目前基礎(chǔ)上，進(jìn)一步結(jié)合物理學(xué)、工程學(xué)等多領(lǐng)域方法，加強(qiáng)跨學(xué)科融合。

“比如，嫦娥五號(hào)與六號(hào)樣品的力學(xué)性質(zhì)差別很大。打開(kāi)儲(chǔ)存瓶前者會(huì)飛走；而后者黏性較大，不會(huì)飛走。這說(shuō)明它們?cè)谖锢硇再|(zhì)上存在不同。”吳福元舉例說(shuō)，目前推測(cè)這種差異可能與礦物和顆粒度有關(guān)，但尚未完全解開(kāi)謎題。相關(guān)研究對(duì)于下一步建立月球基地、利用月壤進(jìn)行3D打印等具有重要的實(shí)際意義。

行星科學(xué)正成為地球科學(xué)的新生長(zhǎng)點(diǎn)，人才是推動(dòng)這一前沿學(xué)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(kāi)始布局這一學(xué)科，2017年在中國(guó)科學(xué)院大學(xué)設(shè)立地球與行星科學(xué)專業(yè)。南京大學(xué)教授惠鶴九表示，2021年南京大學(xué)與地質(zhì)地球所共建“行星科學(xué)科教融合中心”，開(kāi)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(guó)行星科學(xué)發(fā)展儲(chǔ)備了重要力量。

如今，中國(guó)行星科學(xué)發(fā)展路線圖已經(jīng)繪就——2030年前后，實(shí)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(yuǎn)的行星，具備載人登火星能力。“地月同源，通過(guò)探月工程，我們將從月球這一中繼站走進(jìn)蒼穹和宇宙，開(kāi)創(chuàng)行星科學(xué)新的時(shí)代。”中國(guó)科學(xué)院院士王赤說(shuō)。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-025-09131-7

https://doi.org/10.1038/s41586-024-08382-0

https://doi.org/10.1038/s41586-025-08870-x

https://doi.org/10.1038/s41586-024-08526-2

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)微信公眾號(hào)，《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 (2025-07-10 第1版 要聞)

（本文編輯：劉四旦）

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