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延寿10亿年!独家专访嫦五月壤首篇Science论文作者

2021-10-11 09:40:40 作者:倾倾心语 浏览次数:46 字号: T T T

延寿10亿年!独家专访嫦五月壤首篇Science论文作者

以嫦娥五号采集的月壤为研究对象发表的首篇学术成果《嫦娥五号年轻玄武岩的年代与成分》,于北京时间10月8日凌晨登上国际顶级学术期刊《Science》。该研究成果证明月球在19.6亿年前仍存在岩浆活动,使目前已知的月球地质寿命“延长”约10亿年。论文的通讯作者是刘敦一研究员与Alexander Nemchin教授,第一作者是车晓超博士。

延寿10亿年!独家专访嫦五月壤首篇Science论文作者

由中国地质调查局中国地质科学院地质研究所北京离子探针中心刘敦一研究员和地质所海外高级访问学者澳大利亚科廷大学Alexander Nemchin教授领衔的国际研究团队,在嫦娥五号采集的月球样品研究方面取得重大进展,团队对嫦娥五号月球玄武岩开展了年代学、岩石学、矿物学研究,为完善月球演化历史作出了重要贡献。有媒体报道,《Science》杂志现在每年大约要收到约1.4万份论文投稿,经过层层筛选,最终能够发表的不足10%。

10月7日,《中国航天报》记者来到北京离子探针中心,对耄耋之年的刘敦一研究员和团队核心成员车晓超博士进行独家专访。

月球的岩浆作用在何时停止,即月球在地质意义上何时死亡,一直是月球演化历史研究中的重大科学问题之一。自美国和前苏联分别执行“阿波罗”和“月球”月球探测任务以来,人类对月球样品进行了长达52年的科学研究,对月球的地质演化历史有了更清晰的认识,但这个问题仍未能得到解决。此前关于月球样品的研究成果也并未发现月球存在比29亿年年轻的岩浆活动。此次嫦娥五号采集的月球样品中含有年轻的月球玄武岩,全世界科学家都满怀希望,盼望着从研究中获得更年轻的岩浆事件结果,以完善月球岩浆演化历史。

我们在门口看到一句标语“北京离子探针中心,是我们的,也是你们的;是中国的,也是世界的”。

延寿10亿年!独家专访嫦五月壤首篇Science论文作者

刘敦一:这是我们坚持的理念,是一种格局,和这次取得重大成果也是有联系的。在科学领域,国际合作很重要,我们坚持科技资源共享、知识共享,成果属于国际团队的每位成员。但首先要感谢航天人,月球采样返回,让我们国家有了自己的月壤可以研究,现在有了成果,没有辜负他们的辛劳。

虽然过去我们对阿波罗任务取回的月壤进行过研究,也取得了一定的成果,但只是承担一部分工作。这次是从头到尾自己做,缺乏一定的经验。所以我们组建了一支庞大的国际团队,包括美国、澳大利亚、英国和瑞典的科学家在内。这篇论文的25个作者中,有12个是国外的,他们提供了很多新的方法和思路,作出了重要贡献。在这个过程中,虽然受到了疫情的影响,但团队中的国内外成员实时远程讨论,用详尽的微区原位高分辨率二次离子质谱定年数据和坚实的岩石矿物地球化学数据,最终证明了月球直至19.6亿年前仍存在岩浆活动。

延寿10亿年!独家专访嫦五月壤首篇Science论文作者

刘敦一研究员在SHRIMP上开展定年分析工作

关于国际合作,我们团队自2007年起便与国际知名学者合作开展月球样品的研究,在国内率先完成了阿波罗12、14和17号样品的年代学研究,厘定了月球多起重大天体撞击事件的年代。科学没有国界,我们将按照探月与航天工程中心的要求,继续加强国际合作,与世界各国科学家共享嫦娥五号月壤样品珍贵的科学数据。

本次月壤研究成果的发表,受到了全世界的关注,这对我国科学界具有怎样的意义?

刘敦一:这是一个重要的开端和起点,取得了一个重要的成果,对相关学科的带动作用很大。我们国家虽然很多研究机构都设了信息研究中心,但是资料来源有限,特别是在月球样品方面。这次月壤研究对我国来说,在技术方法、成果和地质上的意义都是非常新的内容,对相关学科发展有重要的推动作用。

刘敦一接受《中国航天报》记者采访

在本次月球岩浆演化历史研究中,团队主要做了哪些具体的工作,遇到过麻烦吗?

车晓超:嫦娥五号采回的月壤组成复杂,含玄武岩、角砾岩、胶结玻璃、玻璃球粒等。我们首先要做的就是对样品进行筛选和分类。

车晓超接受《中国航天报》记者采访

我们团队7月12日取得月球样品后,当天便投入研究工作,对样品中的岩石和矿物进行了密集、高强度的元素和同位素分析,并在此基础上开展了系统的年代测定。在不到1个月的时间里,我们筛选出玄武岩岩屑数十颗 、角砾岩岩屑数十颗、玻璃球粒200余颗、胶结玻璃数十颗;完成样品靶制备16个、显微照片2000余张、电子探针分析500余点,能谱分析2000余点、高分辨率二次离子质谱定年200余点,形成相关数据库。

延寿10亿年!独家专访嫦五月壤首篇Science论文作者

通过扫描电子显微镜,我们发现,在这块粒径500微米的玄武岩岩屑上,可定年的磷灰石粒径普遍在5~10微米之间,只有头发丝直径的十几分之一,可以说非常小,这给我们的工作增加了难度,基本达到了仪器探测分析的极限。但最后,我们得到了“月球直至19.6亿年前仍存在岩浆活动”这一重大成果。

所以,嫦娥五号选择在吕姆克山脉附近着陆是和你们的研究有直接关联的?

刘敦一:此前美国和苏联探测器的月球着陆地点地质时代比较古老,我们想要在月壤研究上取得突破,就需要选择不一样的区域。基于遥感、红外、地质等手段,我们了解到吕姆克山脉是月球表面最年轻的月海玄武岩区域,可能包含年轻的月球玄武岩。根据这些因素,各领域专家经过讨论,最终定了嫦娥五号在吕姆克山脉附近着陆。

顺便提一句,我在开会的时候听航天科技集团五院的专家说,现在咱们国家的月球探测器可以根据需求随意选择着陆区,真的很厉害。

您以前提到过,研究月球样品可以解决和修正月球演化史上的一些重大的科学问题,这些科学问题主要是什么?

刘敦一:首先修正了遥感定年法——遥感陨石坑直径频率分布定年法。月球陨石坑中有很多小坑,小坑越多,说明陨石坑越古老,但遥感定年法需要样品同位素数据进行标定。因此,嫦娥五号玄武岩样品的同位素地质年代可以修正遥感定年法。

由于过去对月球岩浆演化后期的定年缺少同位素地质定年法的支撑,遥感定年法认为月球岩浆活动终止时间应在30亿年到12亿年之间。我们这次研究成果发表后,就修订了这个区间。如果未来有更多的发现,还会进一步精确。

在此次成果发表之前,你们还分析研究过阿波罗12号、14号和17号采集的样品,为解决月球岩浆演化和撞击历史两个关键科学问题作出重要贡献。所有的这些成果作为行星科学研究的重要组成部分,对人类理解自身有什么帮助呢?

车晓超:简单来说,行星科学研究可以使人类在月球与行星演化、行星宜居性等方面产生新的认识,深化人类对月球成因和太阳系演化历史的科学认知。

就岩浆作用而言,它在整个太阳系都是有范式可循的。如果我们把其他行星内部运行机理了解清楚,就会更加了解我们生活的地球。

另外,月球离我们只有38万公里,在整个太阳系尺度上只是一个点。月球被陨石撞击了那么多次,其实地球也一样。我们之所以看不见那么多坑,主要是因为地球上的风化侵蚀作用强烈,而且地球表面绝大部分是海洋。

现在学界认为恐龙灭绝与天体撞击有很大关系,那么就可以通过月球去研究陨石撞击的规律。我们也可以通过月球表面的陨石坑判断出撞击事件是什么时代突然增加了,比如说有些行星轨道发生变动,把弥散在太阳系内部的一些小行星残片之类的拽到地球上了。

陨石撞击也有可能会导致生命进化。比如说在奥陶纪时期,陨石撞击的概率增大了,生物多样性也同时增加了。前段时间还有日本科学家表示,他们发现一些陨石中含有核糖,这就让人们猜测地球上的生命是不是陨石带过来的。这些东西都是非常值得研究的。

未来中国航天还要在月球上建科考站、继续探测火星、实施小行星采样任务,您的团队有哪些计划?

刘敦一:在月壤方面,我们目前在对玻璃球粒、月球尘土等进行研究,相信很快会有新的成果出现。对于未来在月球南极采集的样品,我们也同样期待。在行星采样方面,我们已经有团队在准备火星样品研究,目前主要是对火星陨石进行研究,积累数据和经验,做好准备。

本文转自中国航天报

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