第189次-- 科学与技术前沿论坛

主题报告

嫦娥五号年轻玄武岩化学组成及其起源演化http://videozh.cas.cn/masvod/public/2026/01/15/20260115_19bc15ab7d2_r36_1200k.mp4
汪在聪教授中国地质大学（武汉）

月球正面不同于背面，广泛分布月海玄武岩。遥感数据揭示月球风暴洋克里普地体（PKT 地体）富集钾和钍等放射性生热元素，这通常被解释为这一区域的月海玄武岩富集克里普组分。同时，该区域广泛分布年轻玄武岩，克里普组分可能是导致月球年轻岩浆活动的主要原因。中国嫦娥五号着陆区玄武岩位于 PKT 地体年轻的地质单元，为回答这一问题提供了绝佳机会。高精度定年确定了嫦娥五号玄武岩喷发于 20 亿年，但是 PKT 地体年轻的玄武岩是否富集克里普组分还缺乏充分的检验，这些玄武岩起源演化的过程和机制也是亟待解决的科学问题。团队综合研相学和已有发表数据，对嫦娥五号不同深度的月壤及其组分（包括钻取月壤、角砾、凝结集块和玄武岩岩屑）进行了详细的岩石地球化学研究。结果表明，嫦娥五号月壤样品在毫克水平上非常均一，外来加入物非常有限，嫦娥五号月壤化学组成可以近似代表着陆区玄武岩的平均成分。嫦娥五号玄武岩属于低钛玄武岩，但是其富含类似克里普的微量元素组分（钍含量 5.1ppm，与Apollo17 克里普玄武岩相当），与遥感结果吻合；但是其具有非放射性Sr-Nd-Hf 同位素组成，显著不同于典型的克里普玄武岩。嫦娥五号玄武岩可能起源于富集普通辉石和含少量（1-1.5%）克里普质组分的月幔源区。这可以很好的解释嫦娥五号玄武岩低 Mg#、富单斜辉石、单斜辉石高 Ti#值、类似 KREEP 玄武岩的微量元素比值、非放射性 Sr-Nd-Hf 同位素以及其他岩石地球化学特征。嫦娥五号玄武岩在 FeO、Ti、Th 含量和矿物组成上整体上验证了遥感探测结果，这表明与嫦娥五号具有类似地球化学特征和成因的年轻玄武岩可能在 PKT 地体中广泛存在。
月球磁场研究现状、挑战和机遇http://videozh.cas.cn/masvod/public/2026/01/14/20260114_19bbc078632_r36_1200k.mp4
秦华峰副研究员中国科学院地质与地球物理研究所

磁场是影响行星宜居环境形成和变化的重要因素，因此行星磁场研究是深空探测的重要科学任务。月球作为地球的天然卫星，其磁场的起始、消失和变化不仅能够反映月球内部结构和运动状态，同时月球磁场与太阳风、地球风相互作用，也会影响月球表面环境，因此月球磁场研究是月球探测计划的重要科学任务之一。目前月球磁场的观测途径包括轨道卫星观测、载荷磁力仪测量和月球返回样品分析。卫星观测和载荷磁力仪测量主要观测月表磁异常分布，而月球返回样品是认识月球古磁场演化的主要途径。目前关于月球古磁场的研究主要基于 Apollo 载人登月返回样品，采样位置主要集中在月球正面的中低纬度，样品年代集中在 30 亿年前和 10 亿年后。由于已有返回样品缺乏原位方向信息，目前月球样品的研究主要集中在古磁场强度方面，对月球古磁场方向的认识基本处于未知状态。月球古磁场观测数据的匮乏使得对月球磁场的起源和演化的认识非常有限：月球是否曾有过全球发电机磁场仍存在争议；月球磁场起止时间和演化过程缺乏约束；月球磁场的空间形态分布基本处于未知状态。获得更多不同时空分布的高质量月球磁场观测数据是解决月球磁场起源和演化问题的关键。嫦娥五号、六号返回样品为认识月球磁场演化提供了新的机遇。对嫦娥五号、六号返回样品开展磁学研究可以获得月球磁场演化的关键节点和不同位置古磁场信息，为认识月球古磁场时空分布和月球发电机运行机制提供关键证据。后续探月计划还将返回不同位置、不同年代的月球样品，未来的国际月球科研站更是有望实现原位磁场测量，这些深空探测计划将全面推动月球磁场研究，为探讨月球磁场起源演化及其发电机驱动机制提供关键约束，进而为认识月球内部结构、热演化历史和月表环境提供参考。
月球成壤过程的微观机理http://videozh.cas.cn/masvod/public/2026/01/14/20260114_19bbbee0944_r36_1200k.mp4
肖智勇教授中山大学

月壤是持续撞击作用的产物，太阳风和其他高能粒子同步改造月壤颗粒的局部物理化学特征。成壤过程的机理是解译月球遥感观测和月壤分析的重要先验知识。月壤的固有特征包括多源原岩和复杂的物理化学改造，解析成壤过程需要逐步分离变量，识别具体成壤作用的单独-联合贡献。阿波罗号和月球号探测返回的月壤大多发育于年龄大于 36 亿年的地质单元上，具有复杂的物源和演化历史。因此，以往的成壤机理研究常面临着物源复杂带来的多解性。嫦娥 5 号从年轻的月海玄武岩平原上返回了表取和钻取的月壤样品。研究发现嫦娥 5 号月壤的成分相对均一，原岩主要是本地月海物质，来自其他月球地质单元和月外的物质较少，因此是研究月壤形成过程的理想载体。撞击玻璃是月壤中的常见物质，是研究月球物质组成和月壤形成过程的重要载体。本研究对嫦娥 5 号表取月壤样品中的玻璃颗粒开展微区成分和结构观测。通过精细的表面微观形态、内部三维结构和主、微量地球化学耦合研究，发现这些玻璃颗粒大多是撞击熔融的玻璃微珠，原岩主要是本地的月海物质。撞击玻璃表面发育丰富的凸起和凹陷构造。高分辨率形态和元素分布对比研究发现，这些显微构造大多是不同相态的本地物质与撞击玻璃低速碰撞的产物。研究发现：月球成壤过程的内部改造主要以本地月壤物质间的低速碰撞发生，受远溅射物和月外物质的直接影响很小；成壤过程导致的成分混合发生在可预测的范围内。该发现对即将开展的嫦娥 6 号样品研究具有重要的意义。Li et al. (2024)对嫦娥六号表取月壤开展组分编录，发现其中具有更多的外来物质，物源更丰富。外来物质中相当部分为长石（Li et al.,2024），而长石在小尺寸的月壤颗粒中的占比更大，且更易在月壤翻耕过程中发生融融。这意味着：如果嫦娥 5 号观测的成壤模式在嫦娥 6 号月壤中成立，嫦娥六号月壤玻璃颗粒表面应该普遍存在着富Al,Ca 的粘附熔体，且嫦娥 6 号月壤撞击玻璃的成分跨度更大。
月球表面氧化还原作用及其矿物学证据http://videozh.cas.cn/masvod/public/2026/01/14/20260114_19bbbe340a3_r36_1200k.mp4
李阳研究员中国科学院地球化学研究所

铁是组成太阳系类地天体的主量元素，其价态是揭示行星氧化还原环境的关键依据，同时也是元素地球化学的重要研究内容。然而当前关于铁元素价态的无损、高分辨率的原位微区分析技术却极为欠缺，严重制约了相关科学问题的解决和相关学科领域的发展。我们针对这一技术难题，系统优化了扫描电子俄歇能谱、电子能量损失谱、穆斯堡尔谱、电子顺磁共振谱以及同步辐射微区穆谱/X射线吸收谱等铁元素价态分析技术，同时集成上述技术方法的优势形成了月球样品铁元素价态的系统性解决方案。该方案满足了月壤粉末和月壤单颗粒的分析需求，空间分辨率从微米级延伸至纳米级，可系统性获得月壤中铁元素的价态、含量、赋存状态和分布规律的相关信息。氧化还原作用广泛发生在地球等类地行星表面，是行星宜居性的重要影响因素。此前研究认为月球具有整体还原的内部和外部环境，在内外动力地质作用的复合影响下主要发生还原反应，因此对月球表面是否存在磁铁矿等高价态铁氧化物存在巨大的争议。我们通过嫦娥五号铲取与钻取月壤样品研究，发现月壤中广泛分布存在歧化反应、冲击热分解、太阳风溅射等新成因的单质金属铁和气化沉积成因的低价铜硫化物-蓝辉铜矿。这些研究成果不仅丰富了月球表面还原反应的理论体系，同时也为月壤成熟度的准确评价和月壤反射光谱太空风化改造效应的准确评估奠定了更为牢固的基础。更为重要的是，我们在嫦娥五号月壤中首次发现了撞击诱导成因的亚微米级磁铁矿，并且进一步推测该类型磁铁矿可能广泛存在于月球表面高钛玄武岩地区的月壤中。以上研究结果证明了在撞击为主导的外动力改造过程中，月球表面可同时发生较为广泛的氧化与还原反应。在此基础上我们初步形成了月球表面微尺度氧化还原作用的新理论，为月壤的形成与时空演化拓展了新的研究方向。
月壤物性研究进展http://videozh.cas.cn/masvod/public/2026/01/14/20260114_19bbbe871ff_r36_1200k.mp4
刘建军研究员中国科学院国家天文台

月壤（lunar soil）是月表土（regolith）的细粒部分, 是固体月球与太阳系物质和能量之间的边界。月壤不仅继承了下伏基岩的物质组分，同时也记录了外来物质和能量的信息（如陨石、微陨石、太阳风、宇宙射线等），是获取月球本体和外部相关信息的重要来源。此外，月壤处于月球表层，具有松散、非固结、细颗粒和易于开采等特点，是未来月球科研站建设和资源利用的首选目标。目前，通过 Apollo、Luna 和 Chang’E 返回样品的实验室测量，以及月表就位和遥感探测，获取了大量月壤物理特性信息（包括力学、电磁学、热学和光学等），这些物理性质上的差异反映了月壤具有不同的源区特征及演化过程。本报告针对这些研究成果进行总结和比较分析，特别是嫦娥四号月球车就位探测结果和嫦娥五号样品研究进展，对嫦娥六号样品分析的启示，展望面向未来月球探测的月壤物质模拟等前沿技术。

第189次：月球探测前沿科技