“解碼”月球中晚期撞擊史 | 科技前線

月球保存了內太陽系撞擊歷史，對剖析地球等天體在太陽系早期的表面地質應力、地球生命起源和太陽系天體軌道演變等科學問題至關重要。

近日，中國科學院地球化學研究所通過鑒定嫦娥六號任務返回的低鈦玄武巖樣品中的沖擊變質特征，揭示其成因機制，為探討月球等內太陽系天體的中晚期撞擊歷史提供了關鍵制約。

01

內太陽系撞擊檔案

小天體高速撞擊行星體表面，產生極端高壓和極端高溫，形成撞擊坑，導致行星體表面巖石和礦物發生沖擊變質效應。研究沖擊變質特征，特別是高壓礦物相，可獲取撞擊過程的壓力、溫度、時間等信息，成為定量化驗證和揭示天體撞擊歷史的工具之一。

撞擊坑統計定年模型顯示，月球早期撞擊通量非常高，此后逐漸下降并趨于穩定。

美國阿波羅計劃和蘇聯月球計劃的月球樣品缺少形成于30億年以來的玄武巖。我國嫦娥五號采集了年齡20億年的玄武巖，但幾乎沒有關于撞擊過程的信息，使月球中晚期演化階段經歷的撞擊過程缺乏有效約束。

月球背面的南極艾肯盆地承載著數百萬個撞擊坑，是研究外來小天體撞擊行星體表面產生沖擊效應的理想區域。我國嫦娥六號在此采集的低鈦玄武巖樣本（噴發時間約為28億年），恰好處于月球返回玄武巖樣品年齡空窗期，為限定月球中晚期復雜的撞擊歷史提供了關鍵信息。

02

月背“星痕”

研究團隊在嫦娥六號低鈦玄武巖中發現豐富的沖擊變質特征，包括含高壓礦物相賽石英—斯石英—柯石英的二氧化硅顆粒、熔長石、沖擊熔融囊內的斯石英和沿貫穿熔融囊裂隙邊界生長的定向石英簇，以及輝石的成分振蕩環帶等。

▲嫦娥六號低鈦玄武巖巖屑中的沖擊變質特征

團隊通過巖相學和礦物學分析并結合冷卻速率計算發現，這些沖擊變質特征可能形成于四次撞擊事件，其中形成高壓礦物相熔長石和賽石英—斯石英—柯石英的撞擊峰值壓力約為30GPa至40GPa。

團隊進一步通過沖擊波物理模型計算確認，四次撞擊事件中撞擊體的直徑為百米級，撞擊月表速率為2km/s至3.4km/s。

嫦娥六號低鈦玄武巖的沖擊變質特征提示，28億年以來，至少有四次百米級別的小行星撞擊發生在月球背面南極艾肯盆地內約5.8×103km2（低鈦玄武巖單元面積）的區域范圍內。

此前嫦娥五號樣品研究和本次嫦娥六號樣品研究表明，月球正面和背面返回樣品經歷的沖擊強度基本與來自月表隨機位置的月球隕石相當。這表明，在月球中晚期的演化進程中，其正面和背面經歷的小天體撞擊強度無明顯差異。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s44453-025-00009-6

來源：中國科學院地球化學研究所

責任編輯：侯茜