月壤玻璃微球揭秘地月系统小行星撞击事件

嫦娥五号在月表采样图，着陆区月壤中玻璃球粒研究揭示地月系统20亿年以来出现撞击频率激增。 图片来源：探月中心

小行星撞击是人类文明未来面临的潜在灾难之一。地球上记录有约200次大型撞击事件，直径数千米的小行星撞击足以造成生物大灭绝。

地球形成45亿年以来撞击通量呈指数下降。那么，地月系统小行星撞击频率是否一直平稳衰减？数量众多的近地小行星是否可能导致未来撞击事件突然增加？

嫦娥五号返回的月壤样品是寻找相关答案的最佳研究对象。中国地质科学院地质研究所北京离子探针中心研究员龙涛、中国地质大学（武汉）博士钱煜奇等联合国内外学者组成的国际研究团队，通过将月壤中的玻璃球粒与附近撞击坑相关联，证实月球20亿年以来撞击频率随着时间变化。该成果近日发表于《科学进展》。

值得注意的是，嫦娥五号月壤中撞击玻璃球粒年龄与小行星带内多组撞击事件年龄相同，其中一个年龄与恐龙灭绝事件相吻合，代表当时撞击频率突增，蕴含恐龙灭绝奥秘。“这意味着地球历史上经历过撞击频率高于平均水平的时期，未来也可能出现类似的情况。”论文第一兼通讯作者龙涛对《中国科学报》说。

2020年12月17日，嫦娥五号成功返回1731克月壤样品。其中玄武岩样品铀-铅定年结果表明，月球在20亿年前仍存在岩浆活动，将月球地质寿命 “延长”近10亿年，为行星地质学中撞击坑定年方法提供关键锚点。

要获得小行星撞击频率变化，关键是准确分析月壤中的玻璃球粒年龄，并找出与之对应的撞击坑。“月壤中含有大量玻璃球粒，其撞击成因是了解内太阳系撞击历史的重要研究对象，能够反映月壳物质组成和内太阳系的撞击动力学。”龙涛表示，此前由于对撞击玻璃球粒的来源和分布的物理机制及其与着陆区地质关联理解不足，限制了将玻璃球粒用于精确重建内太阳系撞击历史。

据介绍，玻璃球粒的年龄测量难度极高，其直径只有“头发丝粗细”，必须通过离子束轰击并检测其中含量极低的铀和铅的成分才能得到。要确定月壤中玻璃球粒来自哪个撞击坑也十分困难，如大海捞针。

为了充分理解撞击玻璃球粒的来源和分布，精确重建月球撞击历史，研究团队在嫦娥五号月壤CE5C0400YJFM00402中选出215颗直径在50 ~ 200微米（1微米为1毫米的千分之一）的玻璃球粒。通过地球化学组成分析发现，约80%的玻璃球粒（176个）与嫦娥五号月壤和玄武岩成分接近，为“本地”玻璃球粒；39颗玻璃球粒成分与嫦娥五号月壤和玄武岩成分不同，将其划分为“外来”玻璃球粒。其中，“本地”撞击玻璃球粒形成年龄从距今几个百万年到20亿年前。

为了将嫦娥五号撞击成因的玻璃球粒与撞击坑关联，研究团队建立了撞击溅射物数值模型，结果表明溅射物熔融形成球粒是撞击玻璃球粒的形成机制。形成玻璃球粒熔体的平均抛射速度为300-500 米/秒，传输距离达到几十公里。研究还发现直径超过1千米的撞击坑能够提供大量玻璃球粒。他们将数值模型与嫦娥五号采样区地质结合，最终在着陆区周围超过10万个撞击坑中筛选出了可能的源撞击坑。

研究还表明，撞击玻璃球粒年龄与小行星带内多组撞击事件年龄相同。例如，2015年在南极发现的灶神星陨石（HED）的宇宙射线暴露（CRE）年龄与嫦娥五号撞击玻璃球粒年龄类似，这意味着HED陨石母体解体的同时，产生大量较大的撞击物，并在地球和月球的撞击事件中记录。同时，距今460~480百万年，L型小行星碎片到达地球，此次重大裂解事件使地球在奥陶纪撞击通量激增。而嫦娥五号玻璃球粒年龄为377 ± 1百万和577 ± 12百万年的玻璃球粒数量最多，推测可能是由L型球粒陨石或者其他小行星提供中型尺寸的撞击物。

研究者表示，嫦娥五号撞击玻璃球粒研究表明，其年龄分布可能代表撞击频率的短期变化和小行星带动力学过程关系，因此，有必要开展更多月壤分析和其他区域撞击坑交叉对比，从撞击通量背景中区分具有重要意义的全月事件。

相关论文信息：

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