澳科大祝梦华教授团队在国际著名学术期刊发表论文 揭示嫦娥六号样品来源和演化

2024年6月，我国嫦娥六号探测器成功在月球南极-艾特肯盆地中着陆，首次采回来自月球背面的样品。这些样品的年龄、成分和来源区域，对我们认识月球的地质和热演化历史、正背面部不对称性，以及标定月球的年代方程曲线等诸多方面，均有着重要且独特的意义。

▲嫦娥六号着陆区（红色五角星及十字标注処）在月球上的位置及附近的地质背景

团队成员基于行星遥感数据，对嫦娥六号着陆的月海玄武岩单元和关键的溅射物来源撞击坑进行撞击坑模式定年，并建立弹道溅射堆积模型，对着陆区的外来溅射物（即来自嫦娥六号玄武岩单元以外的溅射物）厚度进行估算。结果显示：嫦娥六号着陆区至少有两期玄武岩，年龄分别为28.0亿年（中钛玄武岩）和>36.0亿年（低钛玄武岩），其中上层玄武岩单元的模式年龄与嫦娥六号玄武岩样品的放射性定年结果高度一致，证实了样品的分析结果，表明了月球年代方程曲线的可靠性。

▲嫦娥六号着陆区所在的月海玄武岩单元的撞击坑统计和模式年龄

嫦娥六号的铲取样品主要来自周围小坑的溅射物，钻取样品主要来自周围小坑溅射物及其下的风化层，两类样品的主要成分均为本地的上层中钛玄武岩，并混合有少量外来溅射物（总厚度约19 cm）和微量的下层溅射物与低钛玄武岩（总厚度不超过0.2 cm）。外来溅射物的主要源区为Chaffee S撞击坑(15.6 cm)，其次为Vavilov (1.7 cm)、Pythagoras (0.6 cm)和Das (0.5 cm)撞击坑。

▲嫦娥六号着陆区所在的月海玄武岩单元其上和其下的主要溅射物来源撞击坑

然而，外来溅射物在堆积到嫦娥六号着陆区之后，又继续经历了长达28亿年的撞击翻耕（impact gardening）作用，这一作用会不断将底下的物质翻转到月表，使原本覆盖在月表的外来物质被不断稀释。因此，团队又针对嫦娥六号着陆区的具体地质背景，对其撞击历史进行了精确的数值模拟。结果显示：初始时刻位于采样区表层1米深度内的物质会被剧烈的翻耕到深层区域，并且这一变化趋势在早期十分显著，而后期趋于缓和。采样区1米深度范围内的绝大部分物质都是来自本地的上层月海玄武岩，只有不到1%的物质来自下层更古老的月海玄武岩及之前的溅射堆积物。此外，Chaffee S、Pythagoras和Vavilov三个撞击坑的形成会在嫦娥六号采样区形成大量的二次坑，剧烈地影响此处浅表层物质成分的演化。

▲嫦娥六号着陆区1米深度内，不同源区物质的百分比随时间的演化（左）和5个主要外来溅射物来源坑贡献的全部溅射物在经历撞击翻耕作用之前(total delivery)和之后(final)的含量的对比（右）

另一方面，本研究还发现还发现，尽尽管五个个主要溅射物来源坑贡献了近20厘米厚的外部物质到嫦娥六号着陆区，但是经过长期的撞击翻耕作用之后，最终只有占比~3%的物质还保留在1米深度的范围内，为原本预估的五分之一。其中，占比最多的外来溅射物来自Chaffee S (2.1%)和Vavilov撞击坑(0.3%)。此外，模拟还探索了不同采样深度 (0.5-2 m)以及不同表面年龄(2.4~3.0 Ga)对外来物质最终占比的影响，结果显示，外来物质的总占比对目前测试的参数范围并不敏感，始终维持在2.7~3.5%，因此，在此深度范围内的钻取采样获取的样品中，外来物质的占比变化不大。

两项研究的结果均显示：嫦娥六号采样点附近的Chaffee S撞击坑，将南极-艾特肯盆地及其之后形成的盆地挖掘的月球深处物质运移到嫦娥六号着陆区，这些物质的成分和年龄亦可为月球演化和年代学研究提供重要线索。该研究为嫦娥六号样品的分析和解译工作提供了重要的参考，为理解月球的撞击历史具有重要意义。

两篇论文的第一作者分别为徐璐媛助理教授和苏延泽博士研究生。徐璐媛助理教授于东京大学获得博士学位之后，到澳科大从事博士后研究，之后留校任教。苏延泽现为三年级博士研究生，其本科和硕士均毕业于澳科大。相关研究得到了澳门科学技术发展基金的大力支持（0012/2023/RIA1；0064/2022/A2）。

论文信息：

Xu, L., Qiao, L., Xie., M., Wang., Y., Zhu, M.H, & Yan, J. (2024). Chronology, Local Stratigraphy, and Foreign Ejecta Materials at the Chang'e-6 Landing Site: Constraints on the Provenance of Samples Returned from the Moon's Farside. Geophysical Research Letters, 51, e2014GL11311. https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2024GL111311

Su, Y., Xu, L., Zhu, M. H., & Cui, X. L. (2024). Composition and Provenance of the Chang′ e-6 Lunar Samples: Insights from the Simulation of the Impact Gardening Process. The Astrophysical Journal Letters, 976(2), L30. https://doi.org/10.3847/2041-8213/ad8f3b

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