原始月球岩石中隐藏的化学线索正引发人们对月球起源与演化的新思考（艺术家概念图）。

数十年后，阿波罗时代采集的月球样品在解封分析中展现出意料之外的化学特征，对有关月球成分的传统认知提出了挑战。

当NASA的最后一批阿波罗任务宇航员从月球返回后，部分采集的样品被密封保存并专门留置。科学家们期望未来世代借助更先进的技术，以新的方式对这些未经接触的样本开展研究。

这一时刻已经到来。由布朗大学研究人员领导的团队重新分析了阿波罗17号任务带回的样本，发现了一种出人意料的化学信号。科学家们在《地球物理研究杂志：行星》上撰文描述了来自陶拉斯利特罗地区的岩石中存在异常的硫化合物。

火山物质中含有硫，其硫33（³³S）同位素含量显著偏低，而硫33是四种稳定硫同位素之一。据研究团队指出，这些同位素比值与地球岩石中通常测得的数值存在明显差异。

詹姆斯多廷正在准备一台二次离子质谱仪，用于分析阿波罗17号采集的月球样品。

元素可通过其同位素比值展现出独特的指纹，这种指纹源于原子质量的细微差异。当两个样品具有相同的同位素比值模式时，通常表明它们源自同一物质来源。

科学家长期以来已知地球与月球具有相似的氧同位素特征。正因如此，许多研究人员曾预期硫同位素组成也应一致。但这一预期在此项研究中并未得到验证。布朗大学地球、环境与行星科学系助理教授詹姆斯多廷指出，他是该项研究的首席作者。

在此之前，人们认为月球地幔与地球具有相同的硫同位素组成，多丁说道，这也是我在分析这些样品时所预期的结果，但实际测得的数值却与地球上已知的任何数值都显著不同。

阿波罗17号采集的一块原始月岩样品

多廷研究的材料来自一个双管取芯装置，这是一个中空的金属圆筒，由阿波罗17号宇航员乔治科林斯和哈里森施密特插入月球表面约60厘米深处。

返回地球后，美国国家航空航天局（NASA）将样品管置于氦气环境中密封保存，以保持其原始状态，供后续科学研究使用，相关工作由阿波罗下一代样品分析（ANGSA）计划负责。

詹姆斯多廷（右）与合著者布莱恩蒙特利奥内正在分析阿波罗17号样本的二次离子质谱数据。图片来源：詹姆斯多廷

近年来，美国国家航空航天局（NASA）通过竞争性遴选程序向科学家开放了这些月球样品。在布朗大学月球研究联合体月球科学与探索计划（LunaSCOPE）的支持下，多廷采用二次离子质谱技术对样品中的硫同位素进行了测定。该高精度分析技术在样品最初返回地球时尚未问世。

他关注了核心中似乎含有来自月球深处的火山岩的部分。我寻找的是具有特定结构的硫，这种结构表明它可能是随岩石喷发而出，而非通过其他过程添加的。

可能的解释

结果令人震惊。同位素比率的差异远超预期，与地球上任何已知情况均不相符。

我第一反应是，‘天哪，这不可能吧，’多廷说，所以我们又回去仔细检查了一遍，确认每一步都没问题，确实如此。这些结果实在太出人意料了。

多廷提出了两种主要解释。一种可能性追溯到月球早期的环境。在稀薄大气中，硫与紫外线相互作用时会产生较低的³³S含量。科学家认为月球曾短暂拥有过一层大气，可能使这类化学反应得以发生。

如果属实，这将表明存在一种将物质从月表向下输送至月球内部的过程。

这将是月球表面物质与月幔之间发生古老物质交换的证据，多丁说道，在地球上，板块构造运动实现了这种交换，但月球没有板块构造。因此，早期月球上可能存在某种物质交换机制，这一想法令人振奋。

另一种解释则追溯到月球的起源。主流理论认为，一颗名为忒伊亚的火星大小的天体与原始地球发生碰撞，产生的碎片最终聚集形成了月球。倘若忒伊亚具有显著不同的硫同位素组成，这一特征可能至今仍保留在月球地幔之中。

目前，这些数据尚不足以明确支持其中某一种解释。多廷希望，未来的研究——包括与火星及其他天体样本的对比分析——有助于解开这一谜团。理解这些同位素模式，或可为月球乃至整个太阳系的起源提供新的线索。

参考行星。 DOI：10.10292024JE008834

资助方：美国国家航空航天局太阳系探索研究虚拟研究所

BY: Brown University

FY: AI

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