人類在探索月球的浩瀚征途中，曾先后通過6次Apollo任務、3次Luna任務和1次嫦娥五號任務，從月球表面帶回380余公斤樣品。然而，所有這些樣品均來自月球正面（nearside）。中國嫦娥六號（CE-6）任務首次完成人類從月球背面（farside）采樣的壯舉，帶回1935.3克珍貴樣品。

圖1 嫦娥六號與嫦娥五號、美國Apollo計劃及蘇聯Luna計劃落點示意圖

北京時間2024年9月17日，中國科學院國家天文臺李春來、中國探月與航天工程中心胡浩、北京控制工程研究所楊孟飛領導的聯合研究團隊在《國家科學評論》（National Science Review, NSR）上發表CE-6返回樣品的首篇研究論文，報道了CE-6返回樣品的物理、礦物和地球化學特征。

采樣背景與地質意義

這次采樣任務的著陸點位于月球背面南極-艾特肯（South Pole-Aitken，SPA）盆地。采樣點位于SPA盆地內部阿波羅撞擊坑邊緣，該區域月殼極薄，有望揭露月球背面早期撞擊盆地的原始物質。CE-6樣品不僅包括了記錄火山活動歷史的玄武巖，還混合了來自其他區域的非玄武質物質。這些樣品，如同月球遠古時期的“信使”，為我們研究月球早期的撞擊歷史、月球背面火山活動以及月球內部物質組成提供了重要的第一手資料。

月壤與巖屑特性

CE-6樣品具有較低密度，表明其結構較為松散，孔隙率較高。顆粒分析顯示，月壤的粒徑呈現雙峰式分布，暗示樣品可能經歷了不同物源的混合作用。與嫦娥五號（CE-5）樣品相比，此次樣品中斜長石含量明顯增加，而橄欖石含量顯著減少，表明該區域的月壤明顯受到了非玄武質物質的影響。

此外，嫦娥六號采集的巖屑碎片主要由玄武巖、角礫巖、粘結巖、淺色巖石和玻璃質物質組成。其中，玄武巖碎片占總量的30-40%，其礦物以輝石、斜長石和鈦鐵礦為主，橄欖石含量極低。角礫巖和粘結巖由玄武巖碎屑、玻璃珠、玻璃碎片以及少量的斜長巖和蘇長巖等淺色巖石碎屑物質構成，進一步揭示了樣品來源的復雜性。

圖2 CE-6 返回樣品的典型圖像。（a）從 CE-6 鏟取樣品中挑選出的部分大于1毫米的巖屑顆粒。（b-e）不同結構特征的玄武巖屑，（f-g）角礫巖和（h）粘結巖的背散射圖像（BSE）。典型玄武巖（i 和 j）、粘接巖（k）、淺色巖屑（l）和玻璃物質（m 和 n）的體式顯微鏡照片。

礦物與地球化學特征

礦物學分析顯示，嫦娥六號月壤樣品的主要物相組成為斜長石（32.6%）、輝石（33.3%）和玻璃（29.4%），其中玻璃含量接近阿波羅樣品的下限。此外，樣品中還檢測到少量的斜方輝石暗示了非玄武質物質的存在。
地球化學分析進一步揭示，嫦娥六號樣品中的鋁氧化物（Al?O?）和鈣氧化物（CaO）含量較高，而鐵氧化物（FeO）含量相對較低，這與月海玄武巖和斜長巖混合物的特征一致。此外，樣品中的釷（Th）、鈾（U）和鉀（K）等微量元素含量顯著低于KREEP玄武巖，與位于月球正面風暴洋克里普地體中的阿波羅任務和嫦娥五號任務的樣品表現出了巨大差異。

月球科學的新篇章

嫦娥六號帶回的月球背面樣品，無疑是月球科學研究領域的一顆璀璨明珠。它們不僅填補了月球背面研究的歷史空白，更為我們研究月球早期演化、背面火山活動和撞擊歷史提供了直接證據，也為理解月球背面與正面地質差異開辟了新的視角。

展望未來，嫦娥六號任務的成功不僅為月球科學研究開辟了新方向，更為人類未來更大規模的深空探測宏偉藍圖奠定了堅實基礎。隨著對這些珍貴樣品的深入研究，有望不斷加深對月球內部結構、物質成分及形成演化過程的理解，推動月球及行星科學的蓬勃發展。

Li CL et al. Nature of the lunar farside samples returned by the Chang’E-6 mission. National Science Review 2024, doi：10.1093/nsr/nwae328.

來源: 《中國科學》雜志社