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12月17日,中国国家航天局的嫦娥五号完成了一件40多年来无人完成的事情——他们把月球的一小块碎片带到了地球。这使中国成为继美国和前苏联之后第三个从月球带回样本的国家,也是自1976年以来第一个从月球带回样本的国家,当时苏联作为其月球24号任务的一部分这样做了。科学家们对月球的历史、组成和形成仍有许多疑问,而这些新月岩石可能有助于提供一些答案。

圣路易斯华盛顿大学的行星科学家布拉德利·乔利夫(Bradley Jolliff)说:“我认为这样的样本收集就像是给我们提供了一个宝库。”

第一次月球采样任务也是第一次把人送上月球——1969年的阿波罗11号任务。宇航员收集了近50磅的月球样本,而这仅仅是开始。1961年至1975年进行的阿波罗计划将800多磅月球岩石带回地球,让我们了解了月球的历史和组成。例如,科学家们了解到,与地球一样,月球也有不同的层:地壳、地幔和地核。科学家们还发现,月球和地球是由非常相似的岩石组成的,并由此形成了目前关于月球如何形成的主要理论:一个火星大小的物体与新形成的地球相撞,形成了碎片云,最终形成了月球。

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但仅仅因为我们有很多月球岩石并不意味着我们对月球地质了如指掌。乔利夫说,我们的许多月球样本都来自相同的相对较小的区域,即使相距较远的样本也非常相似。

我们发现的许多月球岩石都非常古老。板块构造运动的过程中,地球的热,流体地幔移动大陆,最终将地球的大部分岩石变成岩浆,使真正古老的岩石在这里变得罕见,杰里米·博伊斯(Jeremy Boyce)说,他是美国宇航局约翰逊太空中心的行星科学家,研究阿波罗的一些样本。但是月球有一个完全冷却的、非流体的地幔,没有相同的过程。“在月球上,很多岩石仍然停留在表面,”博伊斯谈到古代岩石样本时说。月球上的许多岩石都有30到40亿年的历史,只比我们的太阳系略年轻。

科学家们热衷于研究这块较年轻的岩石有很多原因,其中之一是它不仅可以帮助我们更精确地确定月球的年代,还可以帮助我们确定许多岩态行星和其他物体的年代。

乔利夫说:科学家们通过一种叫做年代学曲线的东西确定月球岩石的年代。基本上,他们通过计算岩石所在区域的陨石坑数量来估算岩石的年龄;随着时间的推移,物体对岩石的冲击会增加。为了做出这一估计,科学家们需要将陨石坑的数量与精确的年龄相匹配。现在,他们只有30到40亿年的月球岩石的数据点。现代技术可以非常精确地确定新样本的年代,一旦科学家知道它的精确年龄,他们就可以为他们的年代学曲线增加一个有价值的数据点。该测年系统还将帮助我们更准确地估计太空中各种物体的年龄,比如岩石行星和其他卫星。

科学家热衷于研究这些年轻的火山岩的另一个原因是想了解更多关于月球上火山活动的情况。乔利夫说,目前还不清楚为什么月球上的火山活动会持续这么长时间。他说,大多数月球的火山活动被认为发生在三四十亿年前,那时月球还很年轻。但由于月球没有板块构造,而板块构造是地球上的火山活动的驱动因素,所以不清楚是什么导致了很久以后的火山活动。乔利夫说:“这是你可以通过在实验室里研究样本而得出的结论。”

我们还能发现什么?

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罗格斯大学(Rutgers University)的行星科学家朱利安·格罗斯(Juliane Gross)说,其他的发现几乎是不可能预见的。格罗斯是美国宇航局阿波罗月球样本研究的副馆长。她在一封电子邮件中写道,“我们可能会了解到在哪个区域发生的其他地质作用,我们甚至可能意识不到这些作用的存在,因为它们没有在当前收集的样本中体现出来。”

这次任务将不是唯一一次返回月球。中国国家航天局有一个雄心勃勃的计划,最终将在月球上建立一个研究基地。美国国家航空航天局(NASA)计划在2024年之前通过其“阿尔忒弥斯”(Artemis)任务重返人类登月。包括印度、日本、俄罗斯和韩国在内的许多国家目前和未来都在进行探月任务。