“嫦娥六號首次採集月背樣品改寫月球史！”研究人員揭祕幕後……
近日，中國科學院國家天文臺月球與深空探測研究部副研究員、探月工程三期嫦娥六號任務地面應用系統副總師周琴在 2025 科普中國說帶來演講《月壤新發現：從嫦娥樣品到月球奧祕》，分享了嫦娥六號月壤研究的背後故事。
以下是周琴的演講節選：
自古以來，月亮就承載了人們無限美好的想象。無論是嫦娥奔月、吳剛伐桂、玉兔搗藥的神話傳說，還是“小時不識月，呼作白玉盤”的感嘆，都蘊含着人類對這顆鄰近天體的好奇，而這份好奇正是探索宇宙的初始動力。
不過，科學研究不能只停留在傳說和想象。爲了對月球有更多科學的認識，從上世紀七八十年代開始，人類就已經向月球發射了上百個探測器，實現了月球的飛越、環繞、着陸、巡視、採樣以及載人登月，揭開了月球科學探測的序幕。同時，科學家還利用在沙漠或南極收集的月球隕石，開展實驗室樣品分析測試。宏觀探測與微觀分析的結合，搭建起認識月球的初步科學框架。
但研究月球，缺少真實月球樣品，對其歷史的研究難免會像紙上談兵，缺乏直接有力的證據。因此，人類一直在嘗試在月球探測中，對月球樣品進行採樣。目前，人類成功實現的月球採樣任務包括美國 6 次 Apollo 載人登月、蘇聯 3 次無人採樣，以及中國嫦娥五號和嫦娥六號的兩次樣品採集任務。
值得關注的是，美國和蘇聯前 9 次採樣任務的着陸點均位於月球正面，而中國嫦娥五號、六號經過精心規劃，分別着陸於月球正面風暴洋地區和背面南極艾特肯盆地，中國也成爲世界上首個且目前唯一同時擁有月球正面和背面樣品的國家。
圖片來源於周琴PPT
之所以選擇這兩個着陸點，源於科學家發現月球正背面在撞擊坑數量、玄武岩分佈、月海高程、月殼厚度等方面存在巨大差異。這種差異的成因，一直是月球科學研究的未解之謎。嫦娥五號和六號的精準採樣，爲突破這一科學難題提供了關鍵線索，也爲揭示月球演化奧祕提供了獨一無二的珍貴樣本。
對於這份珍貴的月球樣品，科研人員是如何進行保存與研究的？下面就來爲大家揭祕~
千級潔淨度的
月球樣品實驗室
月球表面環境與地球截然不同，超高真空、極端乾燥。爲保護好這份珍貴樣品，在嫦娥五號任務啓動之初，我們便設計建設了首個專門用於地外樣品研究和保存的月球樣品實驗室。實驗室核心環境控制在千級潔淨度，人員和物品進出需經過風淋除塵。
圖片來源於周琴PPT
千級潔淨度指單位立方英尺體積內小於 0.5 微米的顆粒數低於 1000 個，而普通教室或辦公環境相同單位體積內顆粒數可達幾十萬甚至上百萬個，足見樣品存儲實驗室環境控制的嚴格程度。
此外，我們自主研製了全套核心設備，用於月球樣品的安全解封、精密分樣及長期存儲。這些設備內部始終充滿高純氮氣，如同爲月球樣品加裝保護罩。工作人員實時監控設備內水和氧的含量，並嚴格控制在 1ppm 以下，相當於大氣中水含量的萬分之一到十萬分之一，確保珍貴的月球樣品在乾燥無氧環境中長期保存。
樣品返回艙安全着陸後，這份月球珍貴樣本第一時間被送至國家天文臺的月球樣品實驗室。月壤樣品被多層特製密封容器嚴密包裹，類似堅固的太空保溫杯，保障其歷經 38 萬公里太空旅程後安全返回地球。 在實驗室自主研發的解封操作檯內，工作人員小心翼翼地逐層打開密封容器，最終見到月球樣品的“真容”。
初看之下，月壤只是灰撲撲的細塵埃和顆粒，毫不起眼。但如同金礦石需經複雜冶煉才能提煉出黃金，這些月壤也需精心“淬鍊”，才能提取其中蘊含的月球演化歷史奧祕。而將平凡月壤“點石成金”、獲取科學信息的核心，在於月球樣品後續的精細處理過程。
月球樣品的精細處理流程
工作人員嚴格遵循“安全解封、科學處理、妥善存儲”原則，精心設計了月壤樣品處理流程。
圖片來源於周琴PPT
第一步是依據粒徑，將月壤分爲細膩粉末和形態各異的岩屑，類似按蘋果大小分類。岩屑顆粒體積更大、重量更重，能提供更豐富的月球地質活動信息，因此成爲深入研究的重點對象。
在嫦娥六號樣品處理過程中，工作人員挑選了上千顆岩屑顆粒，但是這些岩屑顆粒的粒徑絕大多數實際上也是小於 1 釐米的。對於每一顆岩屑顆粒，工作人員都細緻地進行描述、高清拍照、稱重等基礎工作，並從中精心挑選了一些具有代表性的顆粒製作岩石光片——將岩石顆粒包埋在樹脂中，把其表面拋光至鏡面，供後續科學分析使用。
隨後，工作人員對製作完成的上百個光片樣品，開展了更精細的礦物和元素分佈掃描分析。基於這些高分辨圖像數據，系統地開展了岩石類型的分類鑑定，並從中仔細搜尋可用於精確測定岩石年齡的關鍵礦物。
這些細緻入微的工作積累了海量的月球樣品基礎研究數據。整個樣品處理過程繁雜，耗費大量時間與精力，但正是這些看似基礎卻至關重要的“淬鍊”工序，是實現月球樣品“點石成金”的關鍵步驟。
基於紮實的基礎工作，研究人員發現嫦娥六號採樣返回的岩石類型比嫦娥五號更豐富。除與火山活動相關的玄武岩外，還有大量與撞擊作用有關的角礫岩、凝結集塊巖，以及來自着陸點周邊區域的外來濺射物等其他高地岩石類型。這些初步的岩石分類工作，就像繪製了一幅月球樣品的“藏寶圖”，爲後續針對不同科學問題精準篩選樣品、高效開展深入研究奠定重要基礎。
嫦娥六號代表性成果——
月球玄武岩解碼月球演化時間密碼
嫦娥六號有一項代表性研究成果——從月球的玄武岩中揭示了“月球演化的時間密碼”。這是怎麼做到的？
火山活動，就如同天體的脈搏，它能夠直接反映天體內部的熱狀態和演化的活力，是衡量天體地質“生命力”強弱的核心指標。如今我們仰望月球，那些肉眼可見的暗色區域，就是月球火山噴發後，岩漿流淌冷卻形成的巨大的玄武岩平原。
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然而，這些玄武岩形成於何時？它們記錄的月球內部的熱狀態又是隨時間如何演變的？目前我們看到的月球正背面的差異是否與這種熱狀態的差異有關？這些科學問題的答案尚未完全明確。因此，精確測定這些岩石的形成年齡，成爲科研人員破譯月球內部熱狀態的首要任務。
那麼，岩石的形成年齡又是如何測定的呢？在地質學中，最常用的岩石年齡測定方法是放射性同位素定年法。岩石中放射性元素的衰變速率恆定不變，就像持續走動的時鐘。通過精密測量岩石初始特定放射性“母體”與經過一段時間衰變產生的“子體”的元素含量比值，就能推算出岩石自形成以來所經歷的時間，即岩石的形成年齡。
想要精確測定同位素比值，需藉助二次離子探針等大型尖端科學分析設備。這些設備能在微小的礦物顆粒上，實現微米尺度的原位同位素分析測定。其非破壞性、高空間分辨率、高靈敏度的特性，使其成爲研究珍貴且微量月球樣品的理想選擇，爲測定月球岩石年齡提供強大技術支持。
在月球玄武岩中尋找可定年的對象時，並非所有礦物都適用。研究人員希望找到特定元素含量較高的定年礦物，以提高年齡測定精度。通常用於同位素定年的關鍵礦物是含鋯礦物，如斜鋯石、鈣鈦鋯石、靜海石等。但在嫦娥六號玄武岩中，這類礦物顆粒極其細小，往往不足 5 微米。在玄武岩顆粒的背散射照片上，發亮的長條礦物即爲斜鋯石顆粒，其尺寸僅相當於頭髮絲直徑的 5% ，尋找這些定年礦物如同“大海撈針”。
作爲月球樣品的主存儲機構，相關團隊前期投入大量精力，通過系統採集顯微圖像、識別礦物，不僅建立了月球樣品基礎信息數據庫，還成功篩選出可用於年代學研究的候選礦物顆粒，爲最終實現高精度同位素定年鋪平道路。
目前，包括相關研究團隊在內的國內多個頂尖科研機構，基於珍貴的月球樣本，已測定出嫦娥六號玄武岩的形成年齡約爲距今 28 億年前。結合嫦娥五號返回樣品中玄武岩 20 億年的年齡結果可知，月球表面的岩漿或火山活動時間，遠比以往認知的更“年輕”、更持久。
這一發現具有劃時代意義，因爲此前基於 Apollo 返回樣品的研究，科學家普遍認爲月球在 30 億年前就已基本停止岩漿活動，進入地質死亡狀態。而中國嫦娥工程陸續返回的五號、六號月球樣品，徹底改寫了這一傳統認知，爲理解月球晚期火山活動開啓新的篇章。
截至目前，我國科研人員已累計完成 8 批嫦娥五號、2 批嫦娥六號樣品的發放工作。基於我國科研人員精心處理後的月球樣本，國內外科學家已累計發表上百篇高水平研究論文，其中多篇發表於國際頂級期刊。這些成果代表了月球科學研究領域的一系列創新性突破，顯著提升了中國嫦娥工程的科學影響力。
從古人對月球的浪漫想象，到中國探月工程的宏偉實踐，再到月球樣品的精準回收，嫦娥工程是中國邁向航天強國之路的璀璨里程碑。從月球密封裝置的安全解封，到月球樣品的高效處理，再到科學難題的創新解答，每一步都凝結着中國科學家在行星科學領域的貢獻。展望未來，隨着中國深空探測工程帶回更多地外樣品，人類有望解鎖更多有關宇宙的密碼。
策劃製作
演講人丨周琴 中國科學院國家天文臺月球與深空探測研究部副研究員、探月工程三期嫦娥六號任務地面應用系統副總師
責編丨楊雅萍
審校丨徐來、張林林
