月球岩石可精确月球年龄 月球土壤竟比月球岩石更古老

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月球岩石的类型





月球岩石图片

　　左图：阿波罗12号飞船采集的月海玄武岩样品，样品重58克，宽5厘米。

　　右图：月球苏长岩样品，样品重73克，宽7厘米。

　　二十世纪六七十年代，美国的阿波罗登月飞船和苏联的月球号自动采样月球探测器分别从月球上取回了月岩和月壤样品。科学家们对从月球带回来的样品进行了非常详细而系统的研究。他们发现，组成月球岩石的绝大多数矿物与地球矿物没有什么区别，只有5种矿物目前在地球上尚未发现，而这5种矿物在月岩中也是比较少见的。 根据对月岩和月壤样品的研究，科学家们认为月球表面存在着三种主要的岩石类型：

　　第一类是月海玄武岩，它富含铁和钛，填充了广阔的月海洼地。它是39亿年前～31亿年前月球内部富铁而贫斜长石的岩石物质因放射性物质的加热而部分熔融后形成的，不是月壳原始分异的产物。

　　第二类月岩是苏长岩，也叫非月海玄武岩，它是由富斜长石的岩石部分熔融形成的，由于这种岩石中钾、稀土族元素和磷含量非常高，所以这种岩石又叫做克里普岩。

　　第三类月岩叫富铝斜岩，它主要由斜长石和辉石组成，是40多亿年前月球岩浆分离作用的产物。月陆（月球高地）表面主要就是由富铝斜长岩构成的。

　　此外，阿波罗12号宇航员采回的月岩样品中还发现有极少量类似花岗岩的岩石类型。因此，如果不以地质学家的眼光来看，人们完全可以说，在物质构成上月球与地球没有什么明显差别。

月球土壤竟比月球岩石更古老
我们己经知道了说明月球岩石是一种奇妙的古老物质的证据，但还是要在这里还要提出一个疑问，它令科学家们更头疼，一般认为是由月球岩石转变而成的月球土壤事实上比所有月球岩石都要古老10亿年。正是月球土壤的年龄使科学家们手足无措。从月面静海采集的岩石与岩石下面的月球土壤年龄也不一样。这种月球土壤是46亿年前形成的，在实施“阿波罗计划”过程中采集到的月球岩石、土壤标本也不例外，“阿波罗”12号飞船采集的月球土壤标本也比月球岩石年长10亿年。

　　科学家们能不困惑吗？这种事本来是不该发生的。根据科学家们以往的研究，士壤应当是岩石碎裂后形成的。在若干亿年的岁月中，陨石和更为巨大的天体不断撞击月面，一切都应化为齑粉，在月面上能发现古老的岩石和石块已经是不可思议的事，可是岩石下面的土壤比岩石还要古老10亿年，这该让科学家们做何理解呢？






月球岩石标本

　　还有一个奇特发现把科学家们逼得“走投无路”。对月球土壤的化学分析结果表明，月球土壤与附近的月球岩石决不是同一种物质，而是来自别的地方，不管科学家怎祥推测这些月球土壤来自何方就是得不出确切的答案。

在每年一次的“月球科学研讨会”上，来自世界各地的科学家中不光有月球科学的研究者，也有月球的观测者，他们以月球为研讨的中心问题。科学家们给这个会议起名为“月球岩石的祭典”。用什么理由能解释覆盖着月球表面的月球土壤居然比其上的月球岩石还要古老10亿年呢，科学家们就所有假说进行了讨论，科学记者理查德·路易斯就会议成果评论道：“科学家们一个接一个地力图对这些疑问做出解释，但都是徒劳的，”诚哉此言。

　　遗憾的是，我们所知道的那些打着“正统派”招牌的科学家们并没有认真地考虑苏联科学家提出的“月球——宇宙飞船”假说，如果他们认真讨论过苏联科学家的假说的话，那就肯定能够明白月球土壤为何如此古老，同时也就肯定能够理解月球是怎样从一个古老而又遥远的宇宙“彼岸”飞来的。月球在漫长的岁月中辗转于古老天体和新生天体之间，在这个过程中月球遭遇了各种各样的陨石，所以月球土壤自然比其上的某些岩石和石块要古老得多。






　　科学家们虽然无法说清月球土壤与月球岩石之间为何存在年龄差别，但却能够证明月球岩石与月球本身的石块层存在着明显的年龄差别——它们不是同时形成的。面对着紧挨在一起却又形成于不同时期的各种月面岩石，科学家们束手无策。宇航员们历经艰险从月面带回的月球岩石和土壤标本只起到使科学家们感到异常为难的作用。但是只要我们参照一下苏联科学家提出的假说，一切不就都能理解了吗？如果月球是远途而来，那么它不就有机会获得形成年代大不相同的各种岩石（陨石）了吗？在这里，苏联科学家提出的假说或许就是这个困扰人类至今的谜团答案。
130国月球岩石大多下落不明
　　1969年的时候，月球岩石都在尼克松手上攥着呢。

　　这个狡猾的尼克松，飞船一打开就命人把月球岩石都拿进了国库。而在1969年7月20日的时候，美国政府对这次登月并无十分把握，所以当时白宫曾拟好一份万一他们登月失败时，尼克松总统将要宣读的演讲稿：“他们两人在追寻人类最高贵的探求真理的目标的过程中倒下。”

　　不久后，尼克松政府就把美国宇航员在月球上收集的近270块岩石送给了世界上130多个国家。尼克松当时也很为难，前苏联咄咄逼人，1968年入侵捷克斯洛伐克，1969年中苏珍宝岛之战，还有在地中海上美苏对峙。为了搞好关系，尼克松不断给其他国家赠送礼物。

　　阿波罗11号收集的被当做礼物赠送给其他国家和领导人的每块岩石样本重量大约只有0.05克，仅比一粒米大一些。

　　1972年，尼克松又把阿波罗17号收集到的135块岩石送给了其他国家或领导人。每块岩石样本的重量大约只有1.1克。它们都被放在塑料球体内，这样既起到了保护作用，又便于观看。

　　当然大部分还是由美国宇航局保存。他们把“阿波罗”任务获得的382公斤岩石样本中的大部分保存起来，较小的岩石交给研究人员进行研究，较大的岩石样本用于展览。

　　从半克岩石到“嫦娥一号”

　　很多人对于月球岩石的价值，没有多少了解。

　　我们看看半克岩石的故事吧。

　　1978年，美国总统卡特安全事务顾问布热津斯基访华，向中国赠送了一件特殊礼品——一块小指尖大小的月球岩石样品。样品铸在一个类似于凸透镜的有机玻璃盒内，看着很大，但其实只有1克重。

     
  
        

　　后来样品被转交给科研部门要求研究。由于当时中国搞天体岩石的研究人员很少，有关部门很快就找到了远在贵阳的欧阳自远。

　　1克的样品虽然很少，但对做研究已经足够。欧阳自远当时把样品切成了两块。一块用于做研究，另一块保存了起来。

　　对这0.5克样品进行研究后，中国学者发表了12篇相关研究文章，并推断出这是由“阿波罗17号”飞船采集来的样品。在参考美国公布的数据后，学者们还具体到了样品编号，并回答了其取自月球的什么位置，背阳还是背阴。

　　“美国人赠送月岩样品，其实也是在探测我们的测试能力和研究水平，虽然这话没有明说，但我们的研究结果还是让美国人很信服。”欧阳自远说。

　　这0.5克的样本，成为此后10多年中中国月球科学研究的唯一对象，为中国航空航天的发展起到了重要作用。在对半克岩石的研究中，培养出了中国当代最优秀的航空航天人才，现在，欧阳自远已经是中国探月工程首席科学家、中科院院士，当然也是“嫦娥一号”的大功臣。

　　去向大多成谜

　　不是所有的国家都像中国一样重视岩石。

　　“忽视月球岩石的保护，就等同于邀请小偷来偷。”美国人约瑟夫·古特海因茨(Joseph Gutheinz)说。

　　1998年，他在美国宇航局审计长办公室工作，在鉴别假月球石的行动期间，他见到了真正的阿波罗17号从月球带回的一块岩石——它是美国赠给洪都拉斯的，对方开价500万美元。这块岩石被重新追回，最后经过法院判决，又还给了洪都拉斯。

　　专家说，月球石丢失的情况并不罕见。古特海因茨近年就曾组织过一项追踪月球石下落的项目，他说：“毫无疑问，有很多月球石丢失或被盗，现在被私人收藏家收藏。”

　　这位前美国政府调查员现在的身份，是美国亚利桑那大学教师。阿波罗17号任务收集到的135块岩石被美国政府送给了其他国家或领导人，专攻太空史的“太空收藏网(CollectSpace.com)”大约只追查到25块岩石的下落。

　　当然，这并不意味着其他月球石已经丢失了，因为那时的记录并不完善。

　　美国一媒体通过对1973年美国国务院与美国大使馆之间已经解密的通信记录进行研究，可以确定阿波罗17号带回的另外10块岩石的下落，它们分别被保存在瑞士、比利时、意大利、巴巴多斯、法国、波兰、挪威、哥斯达黎加和尼泊尔。
     
  
        

　　透过这些通信，还可以看出30块岩石的流向，但希望渺茫。几个接受国家表示，它们从没听说过月球石的事，其中包括厄瓜多尔和塞浦路斯。有5块月球石送给了早已过世或下台的非洲领导人。

　　2004年，马耳他的一块阿波罗17号岩石被盗。今年夏季，西班牙《世界报》透露，美国送给该国前独裁者弗朗西斯科·佛朗哥的那块阿波罗17号岩石失踪。

　　古特海因茨表示，1989年尼古拉·齐奥塞斯库被赶下台并被处死后，罗马尼亚的阿波罗17号岩石不翼而飞。巴基斯坦保存的阿波罗17号月球石也不知所在；尼加拉瓜保存的那块月球石的情况同样如此，在桑地塔民族解放阵线上台后便失踪了。阿富汗的阿波罗17号月球石一直保存在喀布尔国家博物馆里，但在1996年被抢劫。

　　身价猛增

　　现在回过头来看，这样的结局让人感觉非常吃惊，但是在20世纪70年代早期，没人认为阿波罗17号任务会是最后一项前往月球的任务。

　　阿波罗计划从1961年启动，1972年结束，共花费约243亿美元，相当于今天的1000亿美元。从阿波罗11号～阿波罗17号，美国共向月球发射了7艘登月飞船，其中6艘成功登月。迄今一共有12名宇航员登上月球，都是美国人。

　　美国航天局正在制定一个“雄心勃勃”的登月计划，在2015年左右将宇航员送上月球背面，到2020年以前在月球上建立太空站。而据美国媒体披露，五角大楼40多年前就制定过类似计划，要在月球背面建立永久性军事基地。

　　如果能成功，这已经距离上次行动54年了。随着时间的推移，阿波罗带回的这些岩石的身价将会猛增。

　　从矿物学层面上说，真正的月球石是无价之宝，在黑市上的售价可以高达6位数。

　　1993年，英国索斯比拍卖行拍卖了俄罗斯探测器上世纪70年代带回的一丁点儿大的月亮岩石。这块重约0.2克的月岩，成交价高达44.25万美元。

豌豆大小月球岩石“讲述”月球精确年龄

大家都知道阿波罗宇航员在6次月球登陆期间采集了842磅（382公斤）岩石和尘埃样本。3架自动月球探测器为前苏联科学家又采集了10.5盎司（0.3公斤）样品。多年以来，人们对这些珍贵的样本进行了没有几千次也有数百次的分析，它们毫无疑问地证明了从地质意义上说，月球是古老沉寂的世界。

但是阿波罗16号任务期间采集的一块豌豆大小、重量只有1.88克的岩石现在让月球地质化学家兴奋了。来自劳伦斯利弗莫尔国家实验室的拉尔斯-波格（Lars Borg）及其三名同事的新结果上周在《自然》杂志网站在线发表，论文认为，月球对自己的年龄撒了个小谎。与先前的化验所表明的至少44.3亿年相反，该小组确定出月球的年龄是43.6亿年，误差正负300万年。
     
  
        






1972年4月，阿波罗16号的指令长约翰·杨（John Young）在笛卡儿着陆点拍下了机组成员小查尔斯·M·杜克（Charles M. Duke Jr.）采集样本的情景。杜克站在梅花（Plum）环形山的边缘，这个环形山大小是130英尺（40米）乘35英尺（10米）

7000万年的差异看起来可能是无关紧要的——总年龄的变化还不到2%。但是在快速变化的原初太阳系环境中，这有着巨大的差异。波格与他的小组断言，要么月球在内太阳系混沌的弹球游戏平息过后很久才形成，要么这些斜长岩并没有真正地代表月球原始的外壳。不论是哪一种情况，它都有可能改变月球科学的游戏规则。（研究者将他们的论文挑衅性地取名为《月球非年轻即没有全球性岩浆海洋的年代学证据》。）

大多数月球研究者现在都已经接受的观点是，当一个火星级的原行星撞向刚刚形成的地球，并向轨道上抛出大团快速凝聚为大型卫星的白热残片时，月球形成了。阿波罗11号采集的样本表明，月壳大半由岩石“泡沫”形成，在月球冷却固化的时候，它们应该是漂浮在深深的全球性岩浆海洋上面的。夏威夷大学的地球化学家G·杰弗里-泰勒（G. Jeffrey Taylor）在这里清晰解释了这一过程。






“岩浆海洋”这一概念认为，在熔融的月球结晶的时候，轻质的矿物上浮，重的矿物下沉。轻质矿物主要是斜长岩，它们组成了月球的原始外壳，不过在这一过程中结晶时间相对较晚。

阿波罗的样本表明，月壳主要成分是铁斜长岩，简称为FAN，这是一种低密度的硅酸盐混合物，含有少量铁。斜长岩在地球上很罕见，确定其年龄也是出了名地困难。现代测定年龄的技术使用的是铀元素缓慢衰变成铅以及钐元素缓慢衰变为钕的速率，这两种同位素都很少存在于斜长岩晶体中。同时长年的行星际冲击会将月球岩石加热瓦解到足够的程度，使其同位素比例发生变化。

波格与他的小组知道了这些之后，在分析精心选择的60025号月岩样本时就非常小心了。他们仔细的工作用到了改进过的实验手段，消除了可能的错误来源，他们使用3种不同的同位素“时钟”，得到的月球年龄相差不到几百万年。

因此低于预期值的新年龄看起来（请原谅我）是可靠的。但是这一单独的结果能代表整个月球吗？许多其他仔细进行的同位素年代断定工作得出的年龄落在一个大得让人不舒服的范围内——很多更为古老，少数几个更年轻，它们使用的样本包括斜长岩月壳以及晚些时候形成于暗色月海中的火山岩浆。波格对我说：“我们的小组可以为大约一半更老的FAN数据负责，我们也不想质疑先前的工作。”
     
  
        






60025号月球样本，它是由阿波罗16号机组采集的，是名为铁斜长岩的低密度硅酸盐矿物混合物。小方块的边长是1厘米。

科罗拉多大学的月球专家斯蒂芬·莫契斯（Stephen Mojzsis）表示怀疑。“批评从单独一块岩石的分析得出整个FAN的地质年代历史，然后将其用于月球的较差历史上，我认为这个结论太‘大胆’了。”

事情总是有隐情，这次是采集自阿波罗17号样本中的锆石。2009年，澳大利亚柯廷（Curtin）大学的（Alex Nemchin）领导的小组使用这些微小的晶体将月球年龄确定为44.2亿年。泰勒解释说：“对于年龄确定来说，锆石是一种尤其实用的矿物，原因是其放射性时钟很难被岩石相关的事件重设。它其中含有数量很容易测量的铀，这让它对于铀—铅年代测定来说很理想。”

那么为什么波格的小组得出的年龄要年轻很多呢？他提议说，也许他研究的样本并非来自月球的原始外壳，而是来自月壳1.1版本，它在初始月壳再次融化并结晶之后的某一时刻形成。如果这一情况属实，那么月球的早期历史比大多数研究人员乐于接受的要复杂得多。






这张月球早期历史的时间表展示了月球形成的可能过程、假设中岩浆海洋持续的时间，还有其斜长岩外壳的形成。注意与不同月球样本（以f到p表示）有关的年龄分布在很大的范围内，这与拉尔斯·波格等人最近确定的月球年龄形成了对比。其中一个调和大范围年龄分布的方法是，假设月壳承受的潮汐压力让月球的岩浆海洋在2亿年左右的时间里保持部分熔融。

但是还有另一种途径：驱使月球的岩浆海洋在2亿年的时间里冷却得非常缓慢。去年，麻省理工学院的研究者詹尼弗·迈耶（Jennifer Meyer）、琳达·埃尔金—坦顿（Linda Elkins-Tanton）以及杰克·维斯登（Jack Wisdom）提出，婴儿期的月球（与地球的距离比现在近得多）应该承受到足够强的潮汐拖曳，使其刚刚形成的外壳前后弯曲。这种重复的形变产生了热量，让内部的岩浆在大约2亿年的时间里无法完全固化。（让人生畏的细节在这里，不过埃尔金—坦顿在这里提供了比较简单的总结。）

底线是：现在先坚持自己的赌注。运气好的话，NASA的两架重力复原与内部实验室探测器（Gravity Recovery and Interior Laboratory，GRAIL）将足够确切地揭示出月球内部的结构，判断正确的事件发生顺序。GRAIL计划于9月8日发射，距离现在只有2周半了。