科苑榜样|月球的“心跳”

                                                                                        

        王碧雯,中国科学院大学博士毕业生,培养单位为中国科学院地质与地球物理研究所,导师为李秋立研究员。荣获中国科学院院长特别奖、北京市优秀毕业生、博士生国家奖学金、国科大优秀学生干部及国科大三好学生等多项荣誉。月球的“心跳”
        月球,地球唯一的天然卫星,诞生于约45亿年前一场惊天动地的碰撞。那时的月球是一个炽热的熔融世界,全球被岩浆洋覆盖。随着岁月流逝,这片炽热的海洋逐渐冷却凝固。若将岩浆视为星球的“血液”,那么月球的“心跳”,似乎就在这凝固过程中渐渐微弱。
        以往,基于美苏带回的月壤样品及月球陨石的研究,科学家测得月岩年龄大多超过30亿年,由此推断月球火山活动早已终结,早已没了“心跳”。然而,中国嫦娥五号带回的月球样本,却让这个故事出现了转折。2021年,对这些玄武岩样品的精确定年结果显示:月球在20.3±0.04亿年前仍有活跃的岩浆活动!这一发现,将月球的“地质寿命”延长了整整10亿年。
一个让人激动的问题随之浮现这真的是月球最后的“心跳”吗?还是说有更年轻的火山活动尚未被发现?
大海捞针:从3000→3的确证
        回答这个问题的关键,藏在一种特殊的月壤组分——火山玻璃珠中。这些微小的玻璃珠,如同月球的“时间胶囊”,记录着火山活动的最后时光。
        然而,寻找它们堪称“星际大海捞针”。月壤中的玻璃珠绝大多数由陨石撞击形成,真正的火山玻璃珠如同沙海中的金粒,稀少难辨。更棘手的是,在无法确定嫦娥五号月壤中是否存在火山玻璃珠的前提下,找到符合条件的、年轻的火山玻璃珠,更是难上加难。
        团队迎难而上,从嫦娥五号带回的“最年轻”月壤中,精心筛选出约3000颗玻璃珠。首轮扫描电镜观察后,800颗结构均一的珠子进入下一轮。主微量元素分析带来希望——部分珠子符合火山玻璃珠的特征!
        然而,这些现有的标准都不能最终确定玻璃珠的火山成因。在地球化学中,同位素比值被视为“指纹证据”。团队对上百颗候选珠子进行硫同位素分析,结果却令人沮丧——所有数据都指向撞击成因。
        “时机紧迫,那时我们几乎要接受这个结果了,”王碧雯回忆道,“连关于撞击玻璃珠的论文都开始准备了。”
        然而,科研的魅力往往在于峰回路转。转机出现在一年后的补充实验中。当做了更多实验后,三个特殊的数据点引起了注意——三颗玻璃珠的δ34S(指硫同位素34S/32S相对于标准物质对应比值的相对变化)为负值!
        结合结构、主量元素、微量元素和同位素的多重证据链,可以判断,它们正是寻找已久的火山玻璃珠!当这项成果终于在《Science》发表时,期刊的评论道出了所有团队人员的心声:“这种大海捞针式的努力,终于得到了回报。”

                                                                                        

                                                                                        
                                                       研究团队(从左至右为张谦、李秋立、何雨旸、王碧雯)

                                                                            科研不是考试,成长自有花期
        看着从空间站传回的冷却原子团图像,从3000到3,不仅是数字的缩减,更是一场对耐心与信念的考验。回首这段历程,王碧雯深感科研之路从非坦途。
        “我曾非常在意他人的眼光,那种自我消耗有时比科研本身更累,”她坦言,“幸运的是,李秋立老师始终用鼓励代替责备,用亲身经历为我指引方向。”导师的言传身教让她明白:科研不是强求成果,而是脚踏实地、沉淀积累的过程。“发现值得钻研的问题,便全力以赴;至于结果,自有其轨迹。专注投入本身,已是成长。”
        如今,随着嫦娥五号、六号带回更多月球样本,月球的奥秘正被层层揭开。而对王碧雯而言,那段在月壤中寻找月球“心跳”的岁月,已成为她科研人生中最宝贵的财富。“科研不是考试,没有统一的节奏。每个人都有自己的步调,只要愿意前行,终会迎来属于自己的果实。我们,一直在路上。”

                                                                                        
        中国科学院地质与地球物理研究所,是我国月球与行星科学研究的重要力量。近年来,研究所依托嫦娥五号、六号返回的月壤样品,在月球演化历史研究方面取得了一系列具有国际影响力的成果:
        在月球火山活动方面,研究团队对嫦娥六号返回样品中的玄武岩岩屑进行了Pb-Pb定年,确定了42亿年前和28亿年前的两期火山活动,填补了月球背面样品研究的历史空白,这一成果入选了2024年度“中国科学十大进展”。
        在月球磁场研究领域,研究所科研人员通过分析嫦娥五号和六号的玄武岩岩屑,首次获得了月背28亿年和20亿年前的古磁场信息,发现月球磁场在下降过程中存在波动和回升,填补了月球古磁场演化史上长达十亿年的空白。
        这些系统性、创新性的研究成果,刷新了人类对月球地质演化历史的认知,体现了中国科学院地质与地球物理研究所在我国月球与深空探测事业中的重要贡献。