月壤“時間膠囊”揭示太陽系有機質演化史

早期太陽系中，小行星和彗星像“快遞員”一樣，持續向類地行星輸送有機質，以及碳、氮、氧、磷、硫等與生命化學密切相關的元素。這些外源物質可能為早期地球提供了部分可供生命起源和演化利用的化學原料。然而，地球長期經歷活躍的地質演化和生命活動，相關早期記錄已難以保存。相比之下，地質活動相對較弱的月球如同一枚“時間膠囊”，更可能保存地外有機質的輸入及其后續演化信息。

由我所郝佳龍正高級工程師聯合新墨西哥大學、長沙理工大學等單位科研人員完成的一項研究，首次在嫦娥五號和嫦娥六號返回月壤顆粒表面系統識別出多種含氮有機質，并揭示其經歷了“外源遞送—撞擊改造—太陽風持續加工”的演化過程。研究表明，月球不僅記錄了小行星和彗星向內太陽系輸送有機質的歷史，也保存了這些有機物在無大氣天體表面進一步被撞擊和輻照改造的證據。相關論文于北京時間2026年4月9日發表。

過去，科學界雖已在阿波羅月壤中發現碳和氮，但對月壤中是否存在含氮有機質，以及它們的具體形態、成因和保存機制，仍缺乏系統認識。本項研究中，科研人員選取嫦娥五號和嫦娥六號月壤顆粒，利用多種顯微和譜學技術開展關聯分析，系統追蹤有機質的形態、化學鍵與官能團特征以及穩定同位素組成。

圖1嫦娥六號（A-B）和嫦娥五號（C-D）月壤中的代表性有機質。掃描電鏡二次電子像疊加碳元素能譜圖。

論文第一作者、地質地球所博士生董明潭表示，研究結果顯示，月壤表面有機質主要以亞微米至微米尺度的顆粒狀、附著狀和包裹體狀三類形態出現（圖1），內部往往含有月壤常見無機礦物顆粒；其化學組成以碳、氮、氧為主，整體呈無定形結構特征，部分樣品中還識別出酰胺官能團特征。這說明，這些有機質并非簡單的石墨化碳，而是經歷了更復雜的化學重組過程。研究進一步發現，這些月球有機質的氫、碳、氮同位素整體上比碳質球粒隕石和小行星樣品中已報道的有機質更“輕”，與撞擊誘發的蒸發—冷凝和再沉積過程相符。這表明，小行星、彗星等外源天體撞擊月球時，不僅將外源有機物輸送到月球表面，還可能促使其分解、揮發、遷移，并在礦物表面冷凝形成新的含氮、含氧結構（圖2）。

圖2月壤中有機質形成和演化示意圖

研究團隊還首次在月球有機質中識別出太陽風注入信號。納米二次離子探針深度剖面顯示，部分附著狀有機質在靠近表面的區域具有明顯的氫同位素和氫碳比變化特征，說明其在形成或沉積后曾長期暴露于月表，持續接受太陽風輻照。論文通訊作者、地質地球所納米離子探針實驗室郝佳龍正高級工程師指出，太陽風注入特征是太陽風粒子注入并改造月表物質后留下的特殊信號，像“指紋”一樣，進一步排除了這些有機質來自地球污染的可能。

研究人員表示，這項成果還為我國后續深空采樣返回任務提供了重要的技術支撐和科學錨點。在技術層面，研究建立的面向微區有機質識別與演化解析的技術路線，有望服務于天問二號小行星采樣返回樣品中有機質和揮發分的識別與解譯；在科學層面，研究揭示了月壤有機質從外源輸入、撞擊重構到空間風化的連續演化過程，為理解小天體物質演化及太陽系早期有機質輸送歷史提供了新的研究基礎。

相關論文信息：

DOI：10.1126/sciadv.aed4951