近日，澳門科技大學太空科學研究所副所長、月球與行星科學國家重點實驗室副主任祝夢華團隊分別在國際天文以及地球與行星科學領域著名期刊The Astrophysical Journal Letters和Geophysical Research Letters線上發表了題為“Composition and Provenance of the Chang′ e-6 Lunar Samples: Insights from the Simulation of the Impact Gardening Process”和“Chronology, Local Stratigraphy, and Foreign Ejecta Materials at the Chang'e-6 Landing Site: Constraints on the Provenance of Samples Returned from the Moon's Farside”的研究論文，對嫦娥六號著陸區的地質演化過程，嫦娥六號樣品的來源進行了深入研究。
▲副主任祝夢華
2024年6月，中國嫦娥六號探測器成功在月球南極-艾特肯盆地中著陸，首次採回來自月球背面的樣品。這些樣品的年齡、成分和來源區域，對我們認識月球的地質和熱演化歷史、正背面部不對稱性，以及標定月球的年代方程曲線等諸多方面，均有著重要且獨特的意義。
▲嫦娥六號著陸區（紅色五角星及十字標注處）在月球上的位置及附近的地質背景
團隊成員基於行星遙感數據，對嫦娥六號著陸的月海玄武岩單元和關鍵的濺射物來源撞擊坑進行撞擊坑模式定年，並建立彈道濺射堆積模型，對著陸區的外來濺射物（即來自嫦娥六號玄武岩單元以外的濺射物）厚度進行估算。結果顯示：嫦娥六號著陸區至少有兩期玄武岩，年齡分別為28.0億年（中鈦玄武岩）和>36.0億年（低鈦玄武岩），其中上層玄武岩單元的模式年齡與嫦娥六號玄武岩樣品的放射性定年結果高度一致，證實了樣品的分析結果，表明了月球年代方程曲綫的可靠性。
▲嫦娥六號著陸區所在的月海玄武岩單元的撞擊坑統計和模式年齡
嫦娥六號的鏟取樣品主要來自周圍小坑的濺射物，鑽取樣品主要來自周圍小坑濺射物及其下的風化層，兩類樣品的主要成分均為本地的上層中鈦玄武岩，並混合有少量外來濺射物（總厚度約19 cm）和微量的下層濺射物與低鈦玄武岩（總厚度不超過0.2 cm）。外來濺射物的主要源區為Chaffee S撞擊坑(15.6 cm)，其次為Vavilov (1.7 cm)、Pythagoras (0.6 cm)和Das (0.5 cm)撞擊坑。
▲嫦娥六號著陸區所在的月海玄武岩單元其上和其下的主要濺射物來源撞擊坑
然而，外來濺射物在堆積到嫦娥六號著陸區之後，又繼續經歷了長達28億年的撞擊翻耕（impact gardening）作用，這一作用會不斷將底下的物質翻轉到月表，使原本覆蓋在月表的外來物質被不斷稀釋。因此，團隊又針對嫦娥六號著陸區的具體地質背景，對其撞擊歷史進行了精確的數值模擬。結果顯示：初始時刻位於採樣區表層1米深度內的物質會被劇烈的翻耕到深層區域，並且這一變化趨勢在早期十分顯著，而後期趨於緩和。採樣區1米深度範圍內的絕大部分物質都是來自本地的上層月海玄武岩，只有不到1%的物質來自下層更古老的月海玄武岩及之前的濺射堆積物。此外，Chaffee S、Pythagoras和Vavilov三個撞擊坑的形成會在嫦娥六號採樣區形成大量的二次坑，劇烈地影響此處淺表層物質成分的演化。
▲嫦娥六號著陸區1米深度內，不同源區物質的百分比隨時間的演化（左）和5個主要外來濺射物來源坑貢獻的全部濺射物在經歷撞擊翻耕作用之前(total delivery)和之後(final)的含量的對比（右）
另一方面，本研究還發現還發現，儘管五個主要濺射物來源坑貢獻了近20釐米厚的外部物質到嫦娥六號著陸區，但是經過長期的撞擊翻耕作用之後，最終只有佔比~3%的物質還保留在1米深度的范圍內，為原本預估的五分之一。其中，佔比最多的外來濺射物來自Chaffee S (2.1%)和Vavilov撞擊坑(0.3%)。此外，模擬還探索了不同采樣深度 (0.5-2 m)以及不同表面年齡(2.4~3.0 Ga)對外來物質最終佔比的影響，結果顯示，外來物質的總佔比對目前測試的參數范圍並不敏感，始終維持在2.7~3.5%，因此，在此深度范圍內的鑽取采樣獲取的樣品中，外來物質的佔比變化不大。
兩項研究的結果均顯示：嫦娥六號採樣點附近的Chaffee S撞擊坑，將南極-艾特肯盆地及其之後形成的盆地挖掘的月球深處物質運移到嫦娥六號著陸區，這些物質的成分和年齡亦可為月球演化和年代學研究提供重要線索。該研究為嫦娥六號樣品的分析和解譯工作提供了重要的參考，為理解月球的撞擊歷史具有重要意義。
▲徐璐媛助理教授(左)和蘇延澤博士研究生(右)
兩篇論文的第一作者分別為徐璐媛助理教授和蘇延澤博士研究生。徐璐媛助理教授於東京大學獲得博士學位之後，到澳科大從事博士後研究，之後留校任教。蘇延澤現為地球與行星科學三年級博士研究生，其本科和碩士均畢業於澳科大。相關研究得到了澳門科學技術發展基金的大力支持（0012/2023/RIA1；0064/2022/A2）。
論文資訊：
Xu, L., Qiao, L., Xie., M., Wang., Y., Zhu, M.H, & Yan, J. (2024). Chronology, Local Stratigraphy, and Foreign Ejecta Materials at the Chang'e-6 Landing Site: Constraints on the Provenance of Samples Returned from the Moon's Farside. Geophysical Research Letters, 51, e2014GL11311. https://doi.org/10.1029/2014GL11311
Su, Y., Xu, L., Zhu, M. H., & Cui, X. L. (2024). Composition and Provenance of the Chang′ e-6 Lunar Samples: Insights from the Simulation of the Impact Gardening Process. The Astrophysical Journal Letters, 976(2), L30. https://doi.org/10.3847/2041-8213/ad8f3b
