月球土壤玻璃微球揭露地月系统小行星撞击事件

小行星撞击是人类文明未来面临的潜在灾难之一。 地球上记录有约二百次大型撞击事件，直径数公里的小行星撞击足以造成生物大灭绝。

地球形成45亿年以来撞击数量呈指数式下降。 那么，地月系统小行星撞击频率是否一直平稳衰减？ 数量众多的近地小行星是否可能导致未来撞击事件突然增加？

嫦娥五号送回地球的月球土壤样本是寻找相关答案的最佳研究对象。 中国地质科学院地质研究所北京离子探针中心研究员龙涛、中国地质大学（武汉）博士钱煜奇等联合国内外学者组成的国际研究团队，通过将月球土壤中的玻璃球粒与附近撞击坑相关联，证实月球二十亿年以来撞击频率随着时间变化。

值得注意的是，嫦娥五号取得的月球土壤样本中撞击玻璃球粒年龄与小行星带内多组撞击事件年龄相同，其中一个年龄与恐龙灭绝事件相吻合，代表当时撞击频率突增，蕴含恐龙灭绝奥秘。 龙涛说：「这意味着地球历史上经历过撞击频率高于平均水平的时期，未来也可能出现类似的情况。」

2020年12月17日，嫦娥五号成功送回1，731克月球土壤样本。 其中玄武岩样品铀-铅定年结果显示，月球在二十亿年前仍存在岩浆活动，将月球地质寿命延长近十亿年，为行星地质学中撞击陨石坑定年方法提供关键时间标定点。

要获得小行星撞击频率变化，关键是准确分析月球土壤中的玻璃球粒年龄，并找出与之对应的撞击陨石坑。 龙涛表示，月球土壤中含有大量玻璃球粒，它的撞击成因是了解内太阳系撞击历史的重要研究对象，能够反映月球地壳物质组成和内太阳系的撞击动力学。 之前由于对撞击玻璃球粒的来源和分布的物理机制及它与太空船登陆区地质关联理解不足，限制了将玻璃球粒用于精确重建内太阳系撞击历史。

玻璃球粒的年龄测量难度极高，它们的直径只有头发丝般粗幼，必须通过离子束轰击并检测其中含量极低的铀和铅成分才能得到。 要确定月球土壤中玻璃球粒来自那个撞击陨石坑也十分困难，如大海捞针。

为了充分理解撞击玻璃球粒的来源和分布，精确重建月球撞击历史，研究团队在嫦娥五号取得的月球土壤样本中选出二百一十五颗直径在五十至二百微米（一微米为一毫米的千分之一）的玻璃球粒。 通过地球化学组成分析发现，约八成的玻璃球粒（176颗）与嫦娥5号取得的月球土壤和玄武岩成分接近，为在地玻璃球粒; 三十九颗玻璃球粒成分与嫦娥五号取得月球土壤和玄武岩成分不同，将它们划分为外来玻璃球粒。 其中，在地撞击玻璃球粒形成年龄从距今几百万年到二十亿年前。

为了将嫦娥五号得到的样本撞击成因的玻璃球粒与撞击陨石坑关联，研究团队建立撞击溅射物数值模型，结果显示溅射物熔融形成球粒是撞击玻璃球粒的形成机制。 形成玻璃球粒熔体的平均抛射速度为每秒三百至五百米，传输距离达到几十公里。 研究还发现直径超过一公里的撞击陨石坑能够提供大量玻璃球粒。 他们将数值模型与嫦娥五号采样区地质结合，最终在登陆区周围超过十万个陨石坑中筛选出可能的源头陨石坑。

研究还发现，撞击玻璃球粒年龄与小行星带内多组撞击事件年龄相同。 例如，2015年在南极发现的灶神星陨石的宇宙射线暴露年龄与嫦娥五号样本撞击玻璃球粒年龄类似，这意味着宇宙射线暴小行星母体解体的同时，产生大量较大的撞击物，并在地球和月球的撞击事件中记录。 同时，距今四亿六千万至四亿八千万年，L型小行星碎片到达地球，此次重大分裂事件使地球在奥陶纪撞击数量激增。 而嫦娥五号玻璃球粒年龄为三亿七千七百万年（±一百万年）和五亿七千七百万年（±一千二百万年）的玻璃球粒数量最多，推测可能是由L型球粒陨石或者其它小行星提供中型尺寸的撞击物。

嫦娥五号撞击玻璃球粒研究显示，年龄分布可能代表撞击频率的短期变化和小行星带动力学过程关系，因此，有必要开展更多月球土壤分析和其它地区域撞击陨石坑交叉对比，从撞击数量背景中区分具有重要意义的小行星撞击事件。

【图：探月中心; 文：节录自科学网页; 新闻资讯由林景明提供】研究全文刊登在2022年9月28日出版的《科学进展》期刊; 标题是：Constraining the formation and transport of lunar impact glasses using the ages and chemical compositions of Chang’e-5 glass beads

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