“7 月 12 日上午 10 點多，我們拿到嫦娥五號月壤樣品，11 點多放到月壤樣品潔淨實驗室。緊接著，所長吳福元院士趕在午飯前，召開了專案啟動會，並佈置下來定量化任務，要求七天之內完成相應分析，14 天寫完論文並進行投稿。” 日前，李獻華院士領導的中國科學院地質與地球物理研究所科研團隊，在《Nature》雜誌上發表了三篇嫦娥五號月壤樣品研究的文章（他是其中一篇論文的共同通訊作者）。回憶數月前領到月壤樣品的那個上午，他依舊曆歷在目。
圖 | 此次收錄於 Nature 的三篇論文（來源：Nature）
此次研究物件是嫦娥五號取回來的月壤，最終發現這些月球樣品是一類新的月海玄武岩，精確測出嫦娥五號玄武岩年齡為 20 億年，確證 20 億年前月球仍存在火山活動。此外，月幔源區的放射性生熱元素並不高，而且月幔源區幾乎沒有水。這些成果重新整理了人類對月球岩漿活動的認識，同時也對月球年輕火山活動的成因進行了探究。
圖 | 李獻華院士在介紹本次成果（來源：中國科學院地質與地球物理研究所）
致月球：我想問你兩個問題
李獻華說，按照歐陽自遠院士所說，月球研究存在兩個基本問題：
一個問題是月球到底有多老？相比之下，人類已經精確知道太陽系中最早的固體物質（富鈣鋁的難熔包裹體，CAIs）年齡是 45。67 億年，但並不清楚月球的準確年齡。儘管人們知道月球在 45 億年前就已形成，但在 45 億年到 40 億年這段時間中，關於它的歷史非常模糊，即並不知道月球最初形成之後的遭遇。
另一個問題是月球 “死於” 何時？即月球最後的、也就是最年輕的岩漿活動結束於何時。知道這一答案，便可知道月球在何時變得沒有活力。此次嫦娥五號的登陸點，正是針對這一科學問題而進行的精心選擇。說到這裡李獻華院士說：“所以你想，我得到了第一個年齡的時候能不興奮嗎？”
這一年齡證明了月球上這一地方的確比較年輕，即在 20 億年左右。以前用撞擊坑統計的方法發現，嫦娥五號著陸區的年齡大概是從 12 億年到 30 億年，存在非常大的不確定性。
而李獻華院士團隊首次把月球最年輕火山活動的年齡精確釐定到 20。30 億年。那麼，為什麼月球在這麼晚仍有岩漿活動且具有能量？
他表示，嫦娥五號樣品最重要就是年齡。美國阿波羅登月計劃在半個多世紀中獲得了很多樣品，做了很多工作，同時也結合月球隕石做了一些研究。
此前人們認為，月球主要的岩漿活動大約集中在 40 億年到 30 億年前，結合美國阿波羅樣品的研究結果，加上隕石的年齡，大概可以延續到 28 億年左右。
換句話說，年齡小於 28 億年的岩漿活動是沒有記錄的。而大家以前一般認為大概 28~30 億年以後，月球就不再有岩漿活動。當一個星球沒有岩漿活動，它就會失去活力，從地質學意義上說等於 “死亡” 了。
但是在此前人類對月球的探索中，阿波羅任務的登月點很少，所以並不能據此判定月球真的完全 “死亡” 。
為此，科學家使用阿波羅樣品的年齡、以及阿波羅登陸點的撞擊坑密度，提出一種撞擊坑計數定年方法。該方法的基本原理是越老的地方、記錄的撞擊坑越多，越年輕的撞擊坑記錄越少。假如有一個今天剛形成的玄武岩，那上面肯定還沒有坑記錄。
根據遙感影象，我們能數清楚撞擊坑。根據撞擊坑計數定年這一方法，即可進一步估計月球不同地區的年齡。透過這種方法，科學家們認為嫦娥五號著陸區是月球最年輕的地方之一。
同時，這個地區用遙感方法做出來的釷（Th）含量也比較高，故被認為含有較多放射性生熱元素，因此猜測該地區月幔物質也可能具有高放射性生熱元素，故能維持比較年輕的火山活動，但這都是根據遙感觀測資料做出的推測，此前從未被證實過。
李獻華院士指出，月球表面的玄武岩是從深部月幔熔融出來的，月幔的岩石要熔融的一個重要條件是需要熱量。以前認為這個地方放射性生熱元素高，現在透過樣品測試，可以研究它的源區究竟是不是具有很高的放射性生熱元素。實驗做完之後發現，嫦娥五號玄武岩源區的放射性生熱元素並不高，這一發現明顯不同於前人的認知。
這表明，我們對月球的熱演化歷史需要重新思考。
一個岩石要熔融，會涉及到兩個溫度：一個叫固相線溫度，即岩石開始發生熔融的溫度；還有一個叫液相線溫度，即岩石全部融掉後的溫度。
要想讓岩石熔融，就得讓溫度達到固相線溫度，要麼採取升溫手段讓它達到固相線溫度，要麼把它的固相線溫度降低一些。
總而言之要達到熔融溫度，升溫是一種方法，另外一種是降低固相線的溫度，也就是加水或其它揮發分，比如說氟、氯這些鹵素元素，都可以讓降低岩石熔融的溫度，其中水是最重要的揮發分。
同時，李獻華院士團隊的另一組成員在做月壤樣品水的分析研究，做完之後發現月幔的源區非常幹，水含量只有 1~5ppm。與阿波羅樣品反推的月幔相比，這是水含量最低的月幔。換句話說，這個地方能熔融並不是因為它很富水。
（來源：Nature）
爭分奪秒儘早獲得科學資料
談及研究過程，李獻華院士說嫦娥五號在取樣時有兩類，一類鏟取樣，即嫦娥五號登陸器在月球上，用鏟子獲取的月球表面一層細細的月壤，約 1。4 公斤左右；第二類是鑽孔樣品，大概有三百多克，樣品總共重 1。731 公斤。
7 月 12 號那天，發的是鏟取樣品。其中有部分鏟取月壤已經被製成一個表面拋光的光片，可以直接進行微區原位分析，所以李獻華院士團隊拿到後隨即開始進行分析研究。
李獻華原來主要做地球前寒武紀地質研究，本身屬於基礎科學研究。他所研究的年代學，主要是地球樣品的年代研究，相比做月球樣品的年代研究，兩者在技術方法上沒有本質的差別。但月壤定年更難一點，因為月球樣品不僅更珍貴，而且月壤非常細，使用的技術也更精細。
為了完成吳福元所長設定的工作目標，只能爭分奪秒開展實驗工作，時間上相當緊張。拿到樣品的當天，李獻華院士團隊就開始連夜做實驗。第二天上午十點鐘左右，團隊成員使用掃描電鏡給光片做完影象後，立刻把這些樣品轉到另外一個實驗室繼續進行下一步的測試分析，整個過程大家都在輪班倒，實現了無縫對接，保證 “儀器測試不能停，樣品分析不能等”。
可以說，此次研究進展是以小時來計量。研究中的第一個年齡資料，是在樣品到達研究所後第 53 個小時獲得的，即兩天零五個小時；第一個氫同位素和水含量資料是在第 55 個小時獲得。
李獻華院士說，“我們這次研究成果之所以受到這麼大的關注，主要是因為嫦娥五號樣品。公眾也對月球有著強烈的好奇心和求知慾。從某種意義上來說，科學家的研究可以提高公眾的科學水平，是一件好事情。”
是否還有其他因素有利於月幔發生熔融呢？
談及未來，李獻華院士說月球的研究不是說發完論文就結束了，這只是剛剛開始。
過完 2021 年國慶節，探月中心開始組織答辯，並啟動第二輪的月球樣品申請。在李獻華院士團隊發表論文的當天，第二批樣品申請獲得者名單正式公佈。
在第二輪樣品釋出中，不僅有月壤表面的鏟取樣品，還有鑽孔樣品。因此李獻華院士說：“好事（還）在後頭。”
他指出，是否還有其他因素有利於月幔發生熔融呢？還有一種是降壓，降壓要做很多的計算和反演，而這也是該團隊目前正在做的事情。
總而言之，嫦娥五號玄武岩月幔源區的放射性生熱元素並不高，水含量也不高，這本身是不利的條件，那麼為何月幔到了這麼晚還能熔融？這也是李獻華院士的研究團隊成員拿到第二批樣品後，準備研究的下一個科學問題。
