嫦娥五号采集的首批月球样品，能为我们揭示月球的哪些奥秘？这一问题近期有了部分答案。12月13日，中国科学院紫金山天文台发布，该台徐伟彪研究员及其行星化学科研团队联合南京地质古生物研究所合作完成的一项关于嫦娥五号首批月球样品的研究成果，近期在线发表于我国综合类学术期刊《科学通报》英文版。


2020年12月17日1时59分，嫦娥五号返回器携带1731克月球样品成功返回地面，首次实现了我国地外天体采样返回，也是人类时隔44年再次将月球样品带回地球，使我国成为世界上第三个从月球取回样品的国家。




嫦娥五号玄武岩样品（CE5C0000YJYX065）不同角度、不同深度的高分辨率显微CT图像，显示了典型的次辉绿结构，橄榄石（Ol）以斑晶形式出现，钛铁矿（Ilm）以细小针状颗粒分布在硅酸盐矿物辉石（Px）和长石（Pl）之间。中科院紫金山天文台供图


中国科学院紫金山天文台是国内首批获得月球科研样品的13家科研机构之一，徐伟彪研究员作为使用责任人获批两份月球玄武岩样品。


研究团队利用高分辨率显微CT、扫描电子显微镜、电子探针等对其中一个编号为CE5C0000YJYX065的样品开展了详细的矿物学和三维断层成像研究。




嫦娥五号玄武岩样品（CE5C0000YJYX065）一个颗粒的背散射电子图像（a）及其元素面扫描图（b），主要矿物辉石（Px）呈现明显的化学分带现象，钛铁矿（Ilm）以针状形式出现，长石（Pl）以独立颗粒存在或者被包裹在辉石中，还有少量橄榄石（Ol）和二氧化硅（Silica）。中科院紫金山天文台供图


结果表明，该样品属于月球火山玄武岩，具有细粒-中粒次辉绿结构，少量橄榄石斑晶分布在由辉石、斜长石、钛铁矿和其他副矿物组成的基质中，主要组成矿物辉石的化学成分和演化趋势与美国阿波罗计划和苏联月球号计划返回的高钛玄武岩类型高度一致。


据悉，该样品含有极高的（体积百分数17.8 vol%）钛铁矿含量，丰度接近阿波罗月海玄武岩的最高值18 vol%，并富集磷酸盐矿物（0.5 vol%）。




（a）嫦娥五号玄武岩样品（CE5C0000YJYX065）中辉石的Ca-Fe-Mg成分变化趋势以及（b）Fe/(Fe+Mg)-Ti/(Ti+Cr)投图与阿波罗11号和17号高钛月海玄武岩（HT）、低钛月海玄武岩（LT）和超低钛月海玄武岩（VLT）的对比。中科院紫金山天文台供图


研究人员表示，多项证据表明，不同于日前已报道的嫦娥五号中钛和低钛月海玄武岩类型，该样品是一种相对少见的富集稀土元素的高钛月海玄武岩，这表明嫦娥五号着陆区历史上可能曾经发生过多次火山喷发活动，将有望解读月幔源区不同物质成分、火山岩浆形成的能量来源和月球晚期火山活动的精细时空分布规律，后续深化研究工作正在进行中。