嫦娥六號月壤新研究：碳質小行星撞擊地月系統時間晚于預期

IT之家 5 月 8 日消息，據央視新聞報道，記者今天從中國科學院地質與地球物理研究所獲悉，該所林楊挺研究員團隊通過分析嫦娥六號帶回的月壤樣品，揭示了太陽系中小行星撞擊地月系統的歷史變化，尤其是碳質小行星的撞擊規律。研究顯示，碳質小行星撞擊地月系統時間晚于預期。

IT之家查詢獲悉，月球最為完整地記錄了地月系統近 40 億年以來的撞擊歷史。月壤中普遍分布的鐵鎳金屬及其鉑族元素組成為示蹤小行星類型提供了獨特的地球化學“指紋”：其一，鐵鎳金屬易于識別，且在撞擊過程中可以保存下來；其二，基于隕石學的認知，鐵鎳金屬廣泛分布于各類小行星中，且其微量元素組成具有顯著的系統性差異。因此，對來自不同時期的外來金屬進行系統的分析，統計其代表的小行星類型分布，有望揭示撞擊地月系統的小行星類型隨時間的演變規律。

▲ 圖 1 嫦娥六號玄武質和斜長質撞擊碎屑中的鐵鎳金屬中國科學院地質與地球物理研究所林楊挺研究員團隊，從嫦娥 6 號月壤樣品中發現 40 個含金屬顆粒的撞擊碎屑（圖 1），并對其開展了系統的巖相學和礦物化學分析。撞擊碎屑根據礦物組成可分為玄武質和斜長質兩大類，前者主要來源于著陸區本地約 28 億年前噴發的玄武巖，保存了過去 28 億年積累的小行星碎片，后者來源于更古老的月球高地，小行星物質的加入時間向前延伸到 43 億年前。納米離子探針等分析結果確證，這兩類撞擊碎屑中的絕大多數鐵鎳金屬為小行星碎片，僅 4 個碎屑中的金屬可能混入了月球本身的金屬。更進一步，這兩類撞擊碎屑中的小行星金屬在化學成分上顯示出系統差異：玄武質撞擊碎屑中的顆粒含 0.17-21.8 wt% Ni、0.12-1.76 wt% Co、0.07-10.6 μg/g Ir 和 0.01-3.40 μg/g Au，而在斜長質撞擊碎屑中相對更富 Ni（大部分 > 10 wt%）和 Co（>0.5 wt%），且 Ir（0.41-5.52 μg/g）和 Au（0.36-4.86 μg/g）的含量均較高。

▲ 圖 2 鐵鎳金屬的來源與分類。全部 7 個碳質小行星金屬均發現于年輕的玄武質撞擊碎屑中

這些成分差異表明小行星類型分布存在隨撞擊時間的變化：在 13 個斜長質撞擊碎屑中，絕大多數金屬顆粒來源于內太陽系的普通球粒隕石和鐵隕石，未發現碳質球粒隕石型金屬（<8%）；而在 27 個玄武質撞擊碎屑中，碳質球粒隕石型金屬的比例則高達約 26%（圖 2）。這兩種樣品中撞擊體類型的變化，表明在約 4.3 Ga 至 2.8 Ga 期間，撞擊地月系統的小行星類型發生了顯著變化，早期的撞擊以非碳質小行星為主，而晚期碳質小行星的相對貢獻顯著增加。

研究團隊的新發現表明在 4.3-2.8 Ga 期間，太陽系曾發生過重要的事件。基于現有的認識，存在三種可能的事件：（1）巨行星發生了軌道遷移，將大量外太陽系的碳質小行星散射進入內太陽系；（2）雅克夫斯基效應，該效應對于反照率較低且揮發分含量較高的碳質小行星更為顯著，隨時間積累，使更多碳質小行星進入地月系統；（3）一顆或多顆大型碳質小行星在此期間發生碰撞解體，產生大量碎片，顯著提高了碳質小行星撞擊月球的概率（圖 3）。在未來的月球探測任務中，通過采集更多不同年齡月表的月壤樣品，將進一步精細刻畫小行星類型隨時間的演變規律，加深對內太陽系撞擊歷史的認識，并為太陽系的天體軌道動力學演化提供關鍵參數。

▲ 圖 3 三種可能的動力學機制，即巨行星遷移對小天體軌道的擾動（a），雅克夫斯基效應改變軌道（b），碳質小行星母體的碎裂，形成小行星群（c）

碳質小行星富含水和有機物，其“登場”時間早晚對于地球及類地行星中水和有機物的含量有重要影響。主流觀點認為地球的建造材料主要來源于“干燥”的內太陽系物質，因此，后期小行星的撞擊，對水和揮發分的輸送可能十分重要。該研究表明，早期撞擊地月系統的碳質小行星占比很低（<8%），它們的主要撞擊時間較晚，由于此時撞擊通量已顯著降低，因此很大程度上限制了碳質小行星對地月系統水和揮發分含量的貢獻。