月壤“时间胶囊”揭示太阳系有机质演化史

中国科学院地质与地球物理研究所（以下简称地质地球所）正高级工程师郝佳龙与中外科学家合作，首次在嫦娥五号和嫦娥六号返回月壤颗粒表面系统识别出多种含氮有机质，揭示其经历了“外源递送—撞击改造—太阳风持续加工”的演化过程。研究表明，月球不仅记录了小行星和彗星向内太阳系输送有机质的历史，也保存了这些有机物在无大气天体表面进一步被撞击和辐照改造的证据。相关研究4月9日发表于《科学进展》。

早期太阳系中，小行星和彗星像“快递员”一样，持续向类地行星输送有机质，以及碳、氮、氧、磷、硫等与生命化学密切相关的元素。这些外源物质可能为早期地球提供了部分可供生命起源和演化利用的化学原料。但地球活跃的地质演化和生命活动使相关记录已难以保存。地质活动相对较弱的月球如同一枚“时间胶囊”，更可能保存地外有机质的输入及其后续演化信息。

研究者发现，月壤表面有机质主要以亚微米至微米尺度的颗粒状、附着状和包裹体状三类形态出现，内部往往含有月壤常见无机矿物颗粒；其化学组成以碳、氮、氧为主，整体呈无定形结构特征，部分样品中还识别出酰胺官能团特征。“这说明这些有机质并非简单的石墨化碳，而是经历了更复杂的化学重组过程。”论文第一作者、地质地球所博士生董明潭说。

研究发现，月球有机质的氢、碳、氮同位素整体比碳质球粒陨石和小行星样品中已报道的有机质更“轻”，与撞击诱发的蒸发—冷凝和再沉积过程相符。这表明小行星、彗星等外源天体撞击月球时，不仅将外源有机物输送到月球表面，还可能促使其分解、挥发、迁移，并在矿物表面冷凝形成新的含氮、含氧结构。

研究团队还首次在月球有机质中识别出太阳风注入信号。纳米二次离子探针深度剖面显示，部分附着状有机质在靠近表面的区域具有明显的氢同位素和氢碳比变化特征，说明其在形成或沉积后曾长期暴露于月表，持续接受太阳风辐照。“太阳风注入特征是太阳风粒子注入并改造月表物质后留下的特殊信号，像‘指纹’一样，进一步排除了这些有机质来自地球污染的可能。”论文通讯作者郝佳龙说。

研究者表示，该研究还为我国后续深空采样返回任务提供了重要的技术支撑和科学锚点。在技术层面，研究建立的面向微区有机质识别与演化解析的技术路线，有望服务于天问二号小行星采样返回样品中有机质和挥发分的识别与解译；在科学层面，研究为理解小天体物质演化及太阳系早期有机质输送历史提供了新基础。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1126/sciadv.aed4951