月球土壤玻璃微球揭露地月系統小行星撞擊事件

小行星撞擊是人類文明未來面臨的潛在災難之一。地球上記錄有約二百次大型撞擊事件，直徑數公里的小行星撞擊足以造成生物大滅絕。

地球形成四十五億年以來撞擊數量呈指數式下降。那麼，地月系統小行星撞擊頻率是否一直平穩衰減？數量眾多的近地小行星是否可能導致未來撞擊事件突然增加？

嫦娥五號送回地球的月球土壤樣本是尋找相關答案的最佳研究對象。中國地質科學院地質研究所北京離子探針中心研究員龍濤、中國地質大學（武漢）博士錢煜奇等聯合國內外學者組成的國際研究團隊，通過將月球土壤中的玻璃球粒與附近撞擊坑相關聯，證實月球二十億年以來撞擊頻率隨著時間變化。

值得注意的是，嫦娥五號取得的月球土壤樣本中撞擊玻璃球粒年齡與小行星帶內多組撞擊事件年齡相同，其中一個年齡與恐龍滅絕事件相吻合，代表當時撞擊頻率突增，蘊含恐龍滅絕奧秘。龍濤說：「這意味著地球歷史上經歷過撞擊頻率高於平均水平的時期，未來也可能出現類似的情況。」

2020年12月17日，嫦娥五號成功送回1,731克月球土壤樣本。其中玄武岩樣品鈾-鉛定年結果顯示，月球在二十億年前仍存在岩漿活動，將月球地質壽命延長近十億年，為行星地質學中撞擊隕石坑定年方法提供關鍵時間標定點。

要獲得小行星撞擊頻率變化，關鍵是準確分析月球土壤中的玻璃球粒年齡，並找出與之對應的撞擊隕石坑。龍濤表示，月球土壤中含有大量玻璃球粒，它的撞擊成因是了解內太陽系撞擊歷史的重要研究對象，能夠反映月球地殼物質組成和內太陽系的撞擊動力學。之前由於對撞擊玻璃球粒的來源和分佈的物理機制及它與太空船登陸區地質關聯理解不足，限制了將玻璃球粒用於精確重建內太陽系撞擊歷史。

玻璃球粒的年齡測量難度極高，它們的直徑只有頭髮絲般粗幼，必須通過離子束轟擊並檢測其中含量極低的鈾和鉛成分才能得到。要確定月球土壤中玻璃球粒來自那個撞擊隕石坑也十分困難，如大海撈針。

為了充分理解撞擊玻璃球粒的來源和分佈，精確重建月球撞擊歷史，研究團隊在嫦娥五號取得的月球土壤樣本中選出二百一十五顆直徑在五十至二百微米（一微米為一毫米的千分之一）的玻璃球粒。通過地球化學組成分析發現，約八成的玻璃球粒（一百七十六顆）與嫦娥五號取得的月球土壤和玄武岩成分接近，為在地玻璃球粒；三十九顆玻璃球粒成分與嫦娥五號取得月球土壤和玄武岩成分不同，將它們劃分為外來玻璃球粒。其中，在地撞擊玻璃球粒形成年齡從距今幾百萬年到二十億年前。

為了將嫦娥五號得到的樣本撞擊成因的玻璃球粒與撞擊隕石坑關聯，研究團隊建立撞擊濺射物數值模型，結果顯示濺射物熔融形成球粒是撞擊玻璃球粒的形成機制。形成玻璃球粒熔體的平均拋射速度為每秒三百至五百米，傳輸距離達到幾十公里。 研究還發現直徑超過一公里的撞擊隕石坑能夠提供大量玻璃球粒。他們將數值模型與嫦娥五號採樣區地質結合，最終在登陸區周圍超過十萬個隕石坑中篩選出可能的源頭隕石坑。

研究還發現，撞擊玻璃球粒年齡與小行星帶內多組撞擊事件年齡相同。 例如，2015年在南極發現的灶神星隕石的宇宙射線暴露年齡與嫦娥五號樣本撞擊玻璃球粒年齡類似，這意味著宇宙射線暴小行星母體解體的同時，產生大量較大的撞擊物，並在地球和月球的撞擊事件中記錄。同時，距今四億六千萬至四億八千萬年，L型小行星碎片到達地球，此次重大分裂事件使地球在奧陶紀撞擊數量激增。 而嫦娥五號玻璃球粒年齡為三億七千七百萬年（±一百萬年）和五億七千七百萬年（±一千二百萬年）的玻璃球粒數量最多，推測可能是由L型球粒隕石或者其它小行星提供中型尺寸的撞擊物。

嫦娥五號撞擊玻璃球粒研究顯示，年齡分佈可能代表撞擊頻率的短期變化和小行星帶動力學過程關係，因此，有必要開展更多月球土壤分析和其它地區域撞擊隕石坑交叉對比，從撞擊數量背景中區分具有重要意義的小行星撞擊事件。

【圖：探月中心；文：節錄自科學網頁；新聞資訊由林景明提供】研究全文刊登在2022年9月28日出版的《科學進展》期刊；標題是：Constraining the formation and transport of lunar impact glasses using the ages and chemical compositions of Chang’e-5 glass beads