在神話的盡頭，群星的故事才剛剛開始。
這話一點(diǎn)也不夸張。在先民的想象里，嫦娥飛天、身赴廣寒，在桂樹和玉兔的陪伴下長(zhǎng)守月宮。而科學(xué)世紀(jì)的中國人，不僅順利完成了探測(cè)器登月，更是通過“繞、落、回”三部曲，直接把月球的一部分搬回了地球。至此，中華文明書寫的真實(shí)歷史已然突破了先民的想象?？勺鳛榭茖W(xué)世紀(jì)的“嫦娥”，她還要突破更多。
這一次，她要突破人類認(rèn)知的邊界。
嫦娥五號(hào)任務(wù)效果圖 | CNSA/CLEP
去年12月17日，我國首次月球采樣返回任務(wù)—— “嫦娥五號(hào)”返回艙順利著陸，帶回了38萬公里開外的珍貴月巖樣品?？茖W(xué)家持續(xù)攻關(guān)，在這些樣品里揭開了月球演化的全新往事。
今年10月7日，由北京離子探針中心（隸屬中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)所）劉敦一研究員、以及該所訪問學(xué)者Alexander Nemchin教授（來自澳大利亞科廷大學(xué)，Curtin University）領(lǐng)銜的研究成果，正式刊登在國際知名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上。
新成果揭示了一項(xiàng)重要認(rèn)識(shí)——月球地質(zhì)的活躍期，比想象中至少延續(xù)了十億年左右。
長(zhǎng)征五號(hào)遙五運(yùn)載火箭攜帶嫦娥五號(hào)探測(cè)器發(fā)射升空 | 新華社
無論地球、月亮還是其它星球，都是宇宙大舞臺(tái)上的演員。在悠久的時(shí)間長(zhǎng)河中，它們演繹著一幕幕的演化歷程。
地球、月球這類星球皆由巖石構(gòu)成，它們的演化歷程，記錄在對(duì)應(yīng)時(shí)期形成的巖石里。而把一塊月巖及其所記錄的環(huán)境信息準(zhǔn)確放回時(shí)間軸上的前提，便是首先測(cè)出這塊月巖的年齡。
距離地球畢竟38萬公里之遙，科學(xué)家如何知曉月亮上的石頭形成于何時(shí)呢？
答，數(shù)圈圈。算算術(shù)。
這可不是小兒囈語，而是實(shí)實(shí)在在的科學(xué)方法。
身在地球的我們，只需手持一臺(tái)5-8倍放大倍率的普通望遠(yuǎn)鏡，便可清晰觀察到月球表面坑坑洼洼的隕擊地貌。
當(dāng)兩個(gè)撞擊坑相交，顯然是“新坑覆蓋老坑”。因此，只要觀察月球表面密密麻麻撞擊坑的連環(huán)疊覆關(guān)系，就能把月球表面不同區(qū)域巖層的先后順序擺出來。
加之不同時(shí)期，月球遭受隕擊的強(qiáng)度和頻度截然不同（剛形成不久的月亮遭受高強(qiáng)度撞擊頻度極高，此后幾十億年卻僅有零星隕擊物造訪），通過對(duì)隕擊坑大小和頻度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，便可估算出月球某片區(qū)域的大概時(shí)代歸屬。
環(huán)形山的疊置關(guān)系和疊置頻度可以解釋很多月球年代學(xué)問題 | NASA\"s Goddard Space Flight Center
但“數(shù)圈圈”有個(gè)致命問題。它只能告訴我們巖層的先后順序和大致時(shí)代歸屬，卻沒法報(bào)出一個(gè)準(zhǔn)確的年齡數(shù)值。
20世紀(jì)早期，物理學(xué)家盧瑟福（E. Rutherford）揭示了一條關(guān)于放射性元素的重要定律——衰變定律。該定律認(rèn)為放射性元素衰變的速率僅跟體系內(nèi)放射性原子的數(shù)目有關(guān)。
這條定律在物理學(xué)史上成就了盧瑟福的大名。而在20世紀(jì)后續(xù)的時(shí)光里，他的定律幾乎撐起了當(dāng)代地球-行星科學(xué)的半部江山。
因?yàn)樗褪恰?strong>放射性同位素測(cè)年”的基本原理。
在天然條件下，很多放射性元素都是親石元素（Lithophile elements），被牢牢鎖死在巖石的微觀結(jié)構(gòu)、也就是由小小離子構(gòu)成的規(guī)則網(wǎng)格——晶格里。
被束縛在晶格里的放射性元素遵循衰變定律進(jìn)行衰變，就如同巖石里安裝了一只不停奏響的時(shí)鐘。從“安裝好”的那刻起，巖石中放射性元素的初始含量就固定下來。隨著時(shí)間不停流逝，它們不停衰變。
衰變定律告訴我們：每一個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)（t）都嚴(yán)格對(duì)應(yīng)一個(gè)剩余同位素的精確量值。今人用質(zhì)譜儀測(cè)出巖石里同位素母體與子體的剩余數(shù)量，然后順著衰變方程倒推未知數(shù)t，就獲得了整個(gè)衰變歷程消耗的時(shí)間。由于這個(gè)t是從晶格“安裝好”的那刻開始計(jì)數(shù)的，自然也就代表它們的“房東”——巖石本身的形成年齡了。
人類迄今采集的月巖樣品并不多，但終歸能夠在海量“數(shù)圈圈”的序列里放上幾個(gè)有具體數(shù)值的“地標(biāo)”。嫦娥五號(hào)采回的樣品就構(gòu)成了最新的“地標(biāo)”之一。
劉敦一教授團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了鉛（Pb）同位素測(cè)年，同時(shí)結(jié)合隕擊坑頻度統(tǒng)計(jì)進(jìn)行關(guān)聯(lián)校正，最終確認(rèn)嫦娥五號(hào)著陸區(qū)（風(fēng)暴洋地區(qū)，Oceanus Procellarum）的巖石形成于20億年前。
嫦娥五號(hào)著陸器拍攝的月面全景圖 | CNSA/CLEP/Mattias Malmer
今天的月球是個(gè)冰冷的石頭疙瘩。它何時(shí)徹底沉寂的呢？先前科學(xué)界普遍認(rèn)為是30億年前。嫦娥五號(hào)的最新研究，讓月球地質(zhì)運(yùn)動(dòng)的活躍歷史足足延后了大約十億年。
考慮到月球總年齡也不過45億年。10億年自然不是個(gè)小數(shù)目了。這個(gè)巨大的年代跨度背后，代表著怎樣的演化歷程呢？
月球?yàn)槭裁茨敲丛缇屠淞?？答，體積太小了唄。
太空那么冷的環(huán)境，誰小誰涼得快。當(dāng)內(nèi)部熱能不足以維持活躍的地質(zhì)活動(dòng)時(shí)，月球表面便死寂一片了。比它大得多的地球保溫性能就很棒，以至今天仍能夠在地表實(shí)際體驗(yàn)到它奔騰不息的地質(zhì)活力。
而月球20億年前有沒有地質(zhì)活性，誰說了算？當(dāng)然月巖說了算啊——畢竟地質(zhì)活動(dòng)的最直觀產(chǎn)物便是形形色色的巖石。如果測(cè)出一塊月巖形成于距今20億年前，自然就代表20億年前月亮上有著活躍的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)——起碼，有著活躍的火山作用。
研究所涉的月巖屬于玄武巖，是地幔原始巖漿噴出地表后凝固形成的產(chǎn)物。這種巖石本身不算稀罕，月球上有、地球上也有。我們抬頭賞月，那些暗色的部分就是玄武巖。1000多年前李白在峨眉山也賞過月，還寫了詩。而峨眉山的金頂其實(shí)也是玄武巖。
月球剛形成時(shí)是一片巖漿海的狀態(tài)，隨后逐漸冷卻，在冷卻過程中，它巖漿體量也在一點(diǎn)點(diǎn)潰縮，仿佛一個(gè)逐漸干涸的池塘。
月海玄武巖的能譜圖像 | 本文參考文獻(xiàn)（Che et al., 2021）
干涸的池塘往往會(huì)發(fā)生一件事，“濃縮”。最形象的例子，莫過于最終只能相濡以沫的魚兒了。巖漿里的某些元素也一樣（比如鉀、磷、稀土元素等，它們被稱為“不相容元素”）。隨著巖漿逐漸冷卻，它們就是不愿隨凝固的巖石一并走掉，寧肯隨巖漿濃縮到底。
但隨著月球巖漿海的最終干涸，它們逃無可逃，注定擺脫不了凝固為冰冷巖石的命運(yùn)。于是在最晚期殘余的巖漿產(chǎn)物里，不相容元素的含量極高。
嫦娥五號(hào)采集的這些玄武巖，不僅年齡上比“池塘的最后干涸期”晚了10億年，而且它的化學(xué)特征上也未見到任何不相容元素被濃縮的痕跡。
這些拼圖拼在一塊，自然呈現(xiàn)了一個(gè)新的、足夠年輕的月球巖漿活躍周期。它在月球巖漿海徹底凝縮固結(jié)之后的十億年，仍然向月球地表貢獻(xiàn)了豐沛的新鮮熔巖（據(jù)估算大概2000 km3）。
月面上的嫦娥五號(hào)著陸器 | NASA/GSFC/Arizona State University
月球的活躍期延長(zhǎng)了十億年。這個(gè)對(duì)人類來說已經(jīng)幾乎大到無感的數(shù)字，到底代表著什么呢？不妨用簡(jiǎn)單幾句話梳理地球和月亮的簡(jiǎn)史，大家可能會(huì)對(duì)嫦娥五號(hào)的新突破體會(huì)更直觀一些。
地球誕生在46億年前的太陽系塵埃里。
據(jù)現(xiàn)有理論猜測(cè)，在第一個(gè)十億年里（4.6 - 3.8 Ga，“Ga”代表十億年，下同），地球與另一個(gè)原始行星相撞，碎片融合為月球。之后數(shù)億年，無數(shù)彗星密集地撞上新生的地月系統(tǒng)。這些太空臟冰塊為地球和月球帶來了豐沛的水。月球引力太小，水分很快揮發(fā)掉。龐大的地球則把這些水牢牢吸附在表面，匯為最初的海洋。在第一個(gè)十億年的最后一幕，在這最初的海洋里，最初的生命誕生了。
緊接著是第二個(gè)十億年（3.8 -2.5 Ga）。地球上稱為太古宙。經(jīng)過前一個(gè)周期的混沌翻覆，地球開始進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定的演化時(shí)期。以至于這十億年被稱為“平淡十億年”（Boring billion）。沐浴在黯淡的原始陽光中，地球生命非但沒有衰亡，反而孕育出一種足以徹底改變后世的重要機(jī)制——光合作用。在平淡十億年臨近結(jié)束時(shí)，光合微生物已經(jīng)徹底滌蕩了地球的“污濁之氣”，把大氣層改造成了透徹的藍(lán)天。這片蔚藍(lán)的天穹一經(jīng)出現(xiàn)，便再未消失在地球上空。
太古宙時(shí)的地球和月亮（想像圖）。嫦娥五號(hào)的新發(fā)現(xiàn)意味著，圖中的月亮可能需要重新畫過了 | Tim Bertelink
第三個(gè)十億年（2.5-1.5 Ga），元古宙上半場(chǎng)。微生物仍舊主宰著世界。但在行星分異和板塊運(yùn)動(dòng)的合力下，大陸的地基——真正的“大洲”出現(xiàn)了。按嫦娥五號(hào)的最新研究結(jié)果，月球在此時(shí)仍有著活躍的巖漿活動(dòng)。當(dāng)時(shí)或許可以看到這樣的景象：在太陽系第三軌道上，地球緩緩漂浮著。藍(lán)天、藍(lán)海、荒涼的大洲，除了沒有綠色，已與今日無異；圓月陪伴著它，銀白、斑駁、卻點(diǎn)燃著今日未見的紅色光斑。那是汩汩流動(dòng)的熔巖。
模擬想象的月球早期巖漿海 | NASA/Goddard Space Flight Center
然后第四個(gè)十億年（1.5 – 0.5 Ga），元古宙下半場(chǎng)。中途有段時(shí)間地球被完全凍結(jié)。等巨型火山徹底融穿地表冰蓋時(shí)，地球再也找不回延續(xù)了三十億年的荒涼沉寂了——生物圈在大冰期之后獲得了爆破式發(fā)展，“微生物地球”結(jié)束了，宏觀生物的各個(gè)門類同時(shí)登上地球舞臺(tái)，一個(gè)熱鬧的時(shí)代就此開始。
熱鬧的時(shí)代，0.5 Ga-至今，只有不到十億年的短暫時(shí)光。對(duì)這段時(shí)期，一句話概括就足夠了：它的開頭，寒武紀(jì)三葉蟲遨游在蔚藍(lán)的海洋；它的另一頭，人類已經(jīng)擁有了飛船和互聯(lián)網(wǎng)。
只有在這樣的尺度下，才很容易看出新的月球故事，陪伴著我們一起走到了生物劇變的前夜。
雖然后來月球仍不免淪為沉寂，但感謝這份沉寂，當(dāng)此岸的地球在時(shí)間舞臺(tái)上翻覆劇變、滄海桑田時(shí)，月球?yàn)槲覀兞舸媪苏滟F的遠(yuǎn)古史料。這一眨眼就是二十億年。
當(dāng)?shù)厍蜻M(jìn)入全新世，月球終于再次迎來了久違的活躍。遙遠(yuǎn)的回憶里，那巖漿汩汩的“煙火氣”，讓渡給了另一種全然不同的“煙火氣”。它們叫嫦娥、叫露娜（луна）、叫阿波羅（Apollo）。但其實(shí)一個(gè)名字就夠了，它叫人類。
嫦娥五號(hào)機(jī)械臂相機(jī)拍攝畫面 | 央視
嫦娥五號(hào)返回器和降落傘原件 | Steed攝
它是地月系統(tǒng)孕育的智慧文明。它能夠不斷超越自身的神話，不斷完善自身對(duì)宇宙的認(rèn)知。也許根本不用等到下一個(gè)十億年，說不定一眨眼的時(shí)間，它便足以帶著平和的好奇心，去擁抱星河深處的無限斑斕。
群星的故事，才剛剛開始。
[1] X. Che et al., 2021. Age and composition of young basalts on the Moon, measured from samples returned by Chang’e-5. Science, 10.1126/science.abl7957.
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