公海彩船

2021-03-10

孙家轩整理

专家信息：车晓超
，中国科学院地质研究所 北京离子探针中心
，助理研究员

研究偏向：同位素年月学、行星科学

教育履历：2009年结业于中国地质大学（北京）获地球化学学士学位
，2013年结业于中国地质大学（北京）获地球化学硕士学位
，2019年于中国科学手艺大学攻读宇宙化学博士学位

加入项目：Apollo、Luna月球返回样品的年月学剖析、地外样品的处置惩罚与生涯

孙先生：

同砚们好
，我们继续来讲今天的课程
，在课程之前
，我们来举行最后一次深空系列的专家进课堂运动。今天我们特殊幸运地约请到了中国地质科学院地质研究所、北京离子探针中心的车晓超先生。我为他也起了个名字——“给月球定年的人”。

车先生您好！

车先生：

孙先生您好
，多谢先容！列位同砚好！

孙先生：

车先生
，您加入过Apollo和Luna月球返回样品的测试事情
，我们知道前一段时间嫦娥五号返回的样品也举行了定年岁情
，你们这些事情的定年要领是一样的吗？您主要是用什么手段呢？

车先生：

好的孙先生
，那我共享一下屏幕。各人能看到我的屏幕吗？我把激光笔调一下。

好的
，现在来说同砚们关于嫦娥五号事儿已经看了许多相关的科普内容
，以及类似学术报告的内容
，它提到了一个很是年轻的年岁（上期）
，可能是月表最年轻的年岁。这个年岁现在来说跟之前的像Apollo的年岁跟Luna的年岁还不是特殊一样。

好比现在我们说Apollo样品或者一个月球陨石样品是几多亿年
，这个年岁都是用同位素的要领测出来的。以我们实验室为例
，我们是用U-Pb法
，也就是238U和235U划分衰变到206Pb和207Pb这两个系列
，通过这两个系列来测试它的年岁。公海彩船长要研究工具就是这个月岩里含有U元素的矿物——也就是锆石或者磷灰石。右上角这张图片就是锆石
，虽然月球里的锆石是没有这么漂亮这么大的。我右下角放的这张图是Apollo 17采回的岩石内里挑出的锆石
，它相对来说已经很大了。

我们详细的研究要领是通过一些显微镜
，好比电子显微镜、光学显微镜的手段从月球样品内里找到这些含U的矿物
，也就是这些锆石、磷灰石或者是其它的矿物
，把这些矿物放到离子探针和原子探针内里去。我们可以测试出来一个比值——像Pb和U的比值。我们又已经知道了半衰期的数值
，代入公式最后就可以获得一个年岁
，这个年岁是测出来的同位素年岁。可是现在嫦娥的数据
，现实上嫦娥着陆所在的数据我们在采样之前已经概略推测出来了——它有可能是月球上最年轻的一个数据。它其时还不是同位素数据
，同位素数据可能再过一两个月就有了
，它其时是通过模子盘算出来的效果。这个模子是通过陨石坑统计盘算出来的。

这些数据是通过月球卫星
，也就是围绕月球的轨道器用相机拍下来的
，它拍下来可见光波段的照片
，然后对上面陨石坑的数目举行统计。这个要领有一个条件条件
，就是月球形成至今或许45亿年左右
，外貌无时无刻不被陨石撞击。以是说我们要判断月球外貌上一个区域跟另一个区域的相对偏老、偏新
，现实上我们只需要统计它外貌陨石坑的数目就可以了。好比说左下角这张图
，它是月表上一个叫威海的盆地
，这个盆地中心是较量平滑的
，外貌上陨石坑很少
，但边上坑坑洼洼的
，陨石坑许多。我们可以通过这个信息来判断它中心位置的年岁一定是比边上的年岁要年轻的
，由于它陨石坑少。以是说这是一个相对年岁——我们知道哪个更新哪个更老。

可是我们怎么把数字对得上去呢
，我们就需要像之前美国的Apollo妄想以及前苏联的Luna妄想收罗的样品以及咱们的嫦娥妄想收罗到的样品
，获得的同位素数据
，我们把它们标定在每个差别的盆地。好比我以这个盆地为例
，我们跟这个区域采了一个样品
，测定它的年岁是35亿年
，同时我们跟这个点还可以获得一些其它的数据
，假设这个坑的直径是500公里
，500公里的坑外貌可以数到或许是5万个岩石坑
，这样我们就获得了1个数据
，1个数据内里包括3个信息——一个是年岁、一个是坑的直径、尚有一个是坑外貌上陨石坑的数目。然后我们可以在另外一个区域再采一个样
，我们测出的年岁是37亿年
，直径假设是800公里
，外貌陨石坑是10万个
，这样我们就获得了第二个数据
，这两个数据划分包括了三个信息。

Apollo跟Luna划分有9次采样返回妄想
，笼罩月球的点也挺多的。通过这9次返回的妄想
，划分收罗了差别撞击盆地的样品
，把这些信息汇总到一张图上
，拟合出了这杨一条曲线。之后若是我们想对月表的某个区域给它定年的话
，即便这个区域没有样品
，我们只需要知道这个地体的直径或许是几多
，以及地体上或许笼罩的陨石坑的数目
，就可以把这两个指标投在这个图上
，交汇的位置就可以概略获得一个绝对年岁。这张图就是咱们嫦娥五号取样位置的图
，嫦娥五号或许落在这个位置上。这个位置通过陨石坑统计的要领获得的年岁或许是12亿年
，比我们样品测出来的年岁要年轻太多了。样品现在能测出来最年轻的年岁
，就是岩浆事务的年岁或许只能到28.7亿年
，但遥感的数据可以给到12亿年左右。这个就是我们之条件到的嫦娥“年轻”数据的泉源以及盘算历程。

孙先生：

嗯好的
，以是说着实在我们嫦娥采样之前
，所有的数据都是推断的
，而我们嫦娥数据采样后会让曲线越发地精准。若是下次再想获得哪个位置的年岁的话
，就可以通过这个曲线获得越发准确的年岁。由于在此之前我们是没有谁人特殊年轻的点的
，我们知道线段越短
，获得的年岁误差可能就会越大
，对吗车先生？

车先生：

对对
，我们可以看那张图
，在30亿年之前有不少据点
，在几个百万年的地方有不少数据点
，而中心横跨30亿年都是没有数据的
，以是咱们嫦娥样品对这条线来说就已经是很是主要了。

孙先生：

嗯
，好的。我适才听您说我们获得的大致年岁着实是某些星体对月球撞击的年岁
，那通过您这么多样品的研究
，月球究竟履历了几多个地质事务
，有没有像地球上地质年月表一样的
，月球有没有自己的“月球地质年月表”呢？

车先生：

对对
，正如孙先生所说
，不但月球有自己的地质年月表
，现实上许多类地行星像金星、火星都有自己的地质年月表。可是像月球、金星、火星
，现在来说
，它的研究水平相对地球来说低太多了
，以是说它画出来的地质年月也比地球粗糙多得多。我们以地球为例
，地球上差别的地质年月的划分主要是凭证重大地质事务的泛起或者竣事作为标尺举行划分。好比说前寒武和寒武纪就是以生命大爆发划分的
，也就是5.41亿年左右；二叠、三叠就是以生物灭绝事务划分的
，也就是2.52亿年。白垩和古近纪各人可能都知道
，也就是凭证小行星撞击地球
，导致恐龙灭绝的时间画出来的。可是月球相对地球有所差别
，由于月球外貌基本上没有水圈、没有生物圈、也没有大气圈
，严酷上来说是有的
，可是很是很是地少。以是说月球形貌改变主要与两件事儿有关
，一个是小行星撞击地表的效果
，另外一个是岩浆喷发的效果。以是说现在来说
，月球上地质年月表主要照旧陨公海彩船型撞击盆地的年岁来划分的。

这是一个月球地质年月表
，我们可以看到78年到01年的转变是很是很是大的
，这主要是由于咱们的测试手段越来越先进了
，样品代表性诠释的也
，越来越通畅了。好比说云海这个位置
，它主要是凭证云海盆地的这个年岁划出来的
，在这个位置上。好比这个哥白尼纪和爱拉托逊纪的界线就是凭证哥白尼坑的年岁盘算的
，这个年岁现在也是推测的
，以是转变很是大的——1.0、1.5到0.8。最老的前酒海纪就是凭证就前酒海纪盆地和它之前的划出来的。以是现在来说
，月球的研究水平相对来说是很是低的
，这种地层手段也执偾相对妥协的一种计划。

孙先生：

嗯嗯好的。我们这些学生都是地质类的
，着实许多做月球样品的人也是地质相关的专业。我们在地质学、矿物岩石学上面会认许多矿物、学许多理论
，但同砚们可能会疑心：以后若是去做天体研究
，以前学习的地球上的矿物以及理论——好比鲍文反应序列等
，还可以运用到天体的研究上吗？

车先生：

嗯嗯
，一定是可以的。首先地球和月球研究这两件事现实上是分不开的。从咱们的视野上看月球可能以为很远
，或许隔了38万公里。可是若是站在太阳系的标准上
，现实上月球和地球就是一个点。我们研究月球的另一个目的着实是研究地球
，我们要通过月球上的事务研究月球上的可能爆发的事务。首先从矿物理论上来讲
，地球上的矿物遵照的纪律和月球、火星、甚至太阳系形成之前星系里的矿物都是一致的
，我们遵照的理论也是一样的。

我们以月球为例
，月球上有一个很是主要的理论就是岩浆岩理论。岩浆岩理论各人可能相识过
，就是或许44-45亿年之间有一个火星巨细的小行星撞到了地球上
，残留的碎片形成了月球。由于撞击的能量很是大
，月球早期现实上是一个熔体
，一个岩浆球
，以是岩浆球冷却的历程中是要遵照基本的矿物纪律的。好比最最先的冷却历程中
，从鲍文反应序列来说
，凝聚出来的是熔点较量高的矿物——好比橄榄石。橄榄石先结晶出来
，它的密度较量大
，就沉下去了。之后会形成一些辉石
，概略上就是在月球凝聚到75%左右的时间
，由于主要的镁铁元素相当一部分都被橄榄石和辉石带走了
，以是其时熔体的因素更靠近钙和铝
，就最先凝聚出斜长石、钙长石。由于钙长石的密度比熔体要低
，就会上浮累积成斜长岩的月壳
，逐步累积成一定厚度
，或许在月球冷却到90%的时间就会形成钛铁矿。钛铁矿的密度相对辉石橄榄石高
，它也会沉下去
，将之前的层序破损掉
，之前的橄榄石和辉石会上浮
，导致月幔的反转。最后凝聚到95%左右的时间
，月球最后一层
，一种特殊的岩石克里普岩——一种富稀土、富磷、富钾的岩石
，在最后时刻最先凝聚
，这也就标记着月球岩浆岩冷却的竣事。

我们看到月球这么大个
，但现实上它的成因、圈层分异历程
，也是可以通过很简朴的矿物学理论诠释出来的。类地行星的庞洪水平主要与它的巨细有关系
，由于越大内部可以积贮的能量就越大
，能量越大可以爆发出的作用就越多。好比地球足够大
，它爆发了地幔柱、板块作用
，外貌上也会有更强烈的风化侵蚀作用。地球上由于这种作用许多、种类也很富厚
，以是演化出来的矿物种类也越发地富厚了
，可能有几千种。可是月球很小
，它的作用种类也很少
，火星也不大
，矿物种类相对来说也是较量匮乏的。以是通过研究、学习地球上的矿物、学习它们的结晶矿物学转到研究月球、火星上
，现实上庞洪水平是降低的
，可能会越发驾轻就熟。

孙先生：

好的
，谢谢车先生！您今天给我们带来了很是很是多的月球信息
，希望随着嫦娥五号的返回
，希望车先生也有时机去做嫦娥五号的样品
，让适才的模子曲线越发地准确
，让我们以后只要指着月球的某一个地方
，就可以估算出它的大致年岁是几多
，谢谢车先生！