月球“土特产”：从阿波罗11号到嫦娥5号

月球“土特产”：从阿波罗11号到嫦娥5号

小编的话：2020年12月17日嫦娥5号返回器携带1731克月球表土样品返回地面，是我国2004年开始实施的探月工程重大标志性成果，中国也成为继美国和前苏联之后成功地将月球样品送回地球的国家。我国科研人员在样品返回后立即对其展开了系统的研究工作。广大读者极其关心相关研究结果，都想一探嫦娥月样的真貌。为此，本期“科普园地”栏目刊登杨蔚研究员领衔的本刊特约文章，旨在全面介绍迄今人类空间探测活动所获得的全部月球样品，并突出分析我国嫦娥5号样品与阿波罗登月返回样品的比较，以及所取得颠覆性的最新科学成果。全文系统科学地总结了月球表土样品的分类、性质、成因及其在月球演化研究中的意义。文章图文并茂、文字通顺、简洁易懂，既不失科学严谨性，又具有文学可读性，是一篇优秀的专业性科普文章，相信一定会受到广大读者的欢迎。我们热切地期待广大青年研究生群体，能投身到方兴未艾的深空探测伟大事业中来，迸发青春活力，为中华民族的伟大复兴事业建功立业！

月球“土特产”：从阿波罗11号到嫦娥5号（杨蔚，潘梓凌）

第一作者及通信作者简介：杨蔚,1981 年生,2007 年在中国科学技术大学地球化学专业获博士学位,现为中国科学院地质与地球物理所研究员、博士生导师。长期从事岩石地球化学、比较行星学、离子探针分析技术研究。2013 年获国家优秀青年科学基金,2016 年获中国矿物岩石地球化学学会侯德封奖。嫦娥三号、四号任务科学家团队成员,嫦娥五号月球样品使用责任人,载人航天工程月球与行星科学专家组专家,在嫦娥三号、四号着陆区月壤物质组成,嫦娥五号月球玄武岩地球化学特征和形成机制等研究中取得系列成果。在Nature、PNAS、NSR 等国内外高水平期刊发表论文100 余篇,SCI 总引4000 余次,h-index 33。

E-mail: yangw@mail.iggcas.ac.cn

月球是夜空中最耀眼的天体，自古以来，人们就对它充满了好奇。唐代诗人李白在《把酒问月》中问道：“青天有月来几时”（图1）。这亘古如斯的明月，究竟是何时开始存在的呢？事实上，这个问题仍然是今天月球科学最重要的科学问题之一：月球是何时以何种方式形成的（林杨挺, 2010; 张腾飞等, 2023）？

图1 李白《把酒问月》意境图

Fig. 1 Imaginary scenario for Li Bai’s poem - Asking the Moon with my liquor

尽管在很多细节上仍然存在争议，当前科学界基本达成了共识：月球形成于一次大的碰撞 (Asphaug, 2014; Barr, 2016)。在距今45亿年前，一个火星大小的天体忒伊亚（Theia）撞上了刚刚诞生不久的原始地球，碰撞溅射物围绕地球吸积形成了月球 (Hartmann and Davis, 1975; Cameron and Ward, 1976)。这个神话般的假说之所以能够诞生，上世纪六七十年代美国阿波罗（Apollo）和苏联月球号（Luna）从月球带回的“土特产”（岩石和土壤）功不可没（Pernet-Fisher et al., 2019; Papike et al., 1998; Taylor et al., 2006）。

就像地球的岩石和土壤一样，月球的岩石和土壤也记录了它的形成和演化历史（杨蔚, 2022; Papike et al., 1998）。所不同的是，地球至今仍是一个活跃的行星，持续的板块运动和岩浆活动导致地表出露的古老岩石非常稀少，使得我们对早期地球知之甚少 (李三忠等, 2015)；而月球上却保留了大量30亿年前的古老岩石记录 (Warren and Taylor, 2014)。因此，月球的岩石和土壤不仅能帮助我们揭开月球形成和演化之谜，而且也是我们理解早期地球的一个重要窗口。

此外，作为离地球最近的天体，月球是人类走向深空的前哨站。随着科学技术的进步，在月球上建设基地已成为人类共同的愿景（图2），原位利用月球资源是保障月球基地建设和运行的重要途径 (刘建忠等, 2022)。月面上的岩石和土壤是最容易获取的资源，可作为建筑材料的原料，也可用于提取金属、非金属、挥发分等矿产 (Crawford, 2015; McKay et al., 1991)。因此，查清月球各类岩石和土壤的物理化学性质及其分布，对于未来月球基地的建设和运行至关重要。

综上所述，无论是理解月球和地球的历史，还是面向深空探测的未来，认识月球岩石和土壤，都是我们的必由之路。尽管从1969年阿波罗11号到2020年嫦娥5号，人类已经成功完成了10次月球采样，共采集了383.77 kg月球样品，但对大多数人而言，这些取自月球的“土特产”仍然是神秘而陌生的。关于月球样品、月球岩石和月球土壤已经有不少综述论文 (McKay et al., 1991; Taylor et al., 1991; Papike et al., 1998; Chen et al., 2023)，但是非专业人士理解它们仍然存在困难。本文旨在向月球科学界以外的读者介绍月球“土特产”，尝试用通俗的语言回答如下问题：月球岩石和土壤长什么样？有什么特征？与地球岩石和土壤有什么区别？阿波罗计划采集的月球岩石和土壤“书写”了怎样的月球故事？嫦娥5号月壤与阿波罗月壤有什么不同？我们又从中获得哪些新的故事？

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作者|桂林理工大学地质博物馆