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中国发布1:500万月球地质图!美国地图沿用半世纪,中美差别多大

好消息!我国科研团队已经完成新版1∶500万《月球地质图》。整张图长约2.8米、高约1.2米,标绘13519个撞击坑、8

好消息!我国科研团队已经完成新版1∶500万《月球地质图》。整张图长约2.8米、高约1.2米,标绘13519个撞击坑、81个撞击盆地、14类构造和17种岩石类型。1∶500万意味着,图纸上短短1毫米,对应月面大约5公里。

早在2024年,中国已经发布过1∶250万全月地质图集,比例尺比这次还大一倍。2026年的新版的变化在于,人类对月球历史的认识变了。

嫦娥五号从月球正面带回了约20亿年前的年轻玄武岩,嫦娥六号又首次把月球背面的岩石送回地球。过去主要由美国阿波罗和苏联“月球”号样品建立起来的月球年代尺,第一次加入了越来越多中国样品提供的关键刻度。

一、美国画了几十年,中国为何还要从头重画?

人类系统绘制月球地质图,美国起步非常早。20世纪60年代阿波罗计划启动后,美国地质调查局USGS开始大规模月球地质编图。那时候月球探测刚刚进入航天器时代,科学家依靠地面望远镜、月球轨道器照片以及后来的阿波罗数据,一块一块拼出了月球地质框架。

到1979年前后,美国已经完成6幅1∶500万区域地质图,实现对整个月面的覆盖。今天我们熟悉的前酒海纪、酒海纪、雨海纪、爱拉托逊纪、哥白尼纪等月球年代划分,很大程度上就是在那个时代逐渐建立起来的。

到了2020年,USGS又联合NASA和月球与行星研究所发布《月球统一地质图》,比例尺仍然是1∶500万。

USGS把阿波罗时代6幅区域图数字化并统一地层名称,解决不同年代地图之间岩石命名、年代划分不一致的问题,同时利用日本“辉夜”号地形相机和NASA月球勘测轨道器LRO的激光高度计数据重新进行空间校准。

然而,这幅图的“骨架”,依然主要来自阿波罗时代建立的地质认识。

过去几十年,各国探测器获得了分辨率更高的光谱、地形、重力和矿物数据,特别是中国嫦娥工程开始持续提供全月遥感、月面巡视以及返回样品以后,月球已经不能完全按照半个世纪前的知识体系去理解了。这正是中国决定重新编图的重要原因。

二、中国重新书写月球地质史

2020年美国版的核心词,可以概括为“统一”。此前6幅月球地质图由不同团队、在不同年代完成,同一种地质单元可能出现不同叫法,边界之间也存在接不上甚至相互矛盾的情况。USGS要做的是把它们重新整理,让几十年前积累的大量科学成果能够继续进入数字时代。

中国团队从2012年前后启动的工作,思路则更进一步。我国研究人员以嫦娥工程探测数据为主体,同时参考国际月球探测数据,对月球岩石、构造、撞击盆地和地质年代进行重新梳理。

2024年正式发布的1∶250万月球地质图集,最终包含全月地质图、岩石类型分布图、构造纲要图以及30幅标准分幅地图。主图标出12341个撞击坑、81个撞击盆地、17种岩石类型和14类构造,并建立“三宙六纪”的地质年代框架。

从地图比例尺来说,1∶250万比美国2020版1∶500万的全月地质图大了一倍,同样长度的月球地貌,在纸面上能够获得约两倍的线性表达尺度,因此可以容纳更多地质细节。

但中国版更值得注意的是分类逻辑,传统月球地层体系很强调大型撞击事件及撞击坑保存状态。中国团队则把月球内部岩浆活动、外部天体撞击以及构造演化共同放到一个地质历史框架里。

三、嫦娥五号样品填补关键月球历史空白

阿波罗任务从月球带回约382公斤样品,这批岩石研究了半个多世纪,直到今天仍然不断产生新的论文。但阿波罗样品有一个天然限制,6个载人登月采样点全部位于月球正面,而且相对集中。此外,苏联“月球”号的3次成功无人采样同样位于正面。

这就造成一个问题,研究月球表面年龄,经常要使用“撞击坑统计法”。同样面积的区域,撞击坑通常越密集,表面暴露时间越长。但究竟多少个坑对应30亿年,多少个坑对应20亿年,需要由真实岩石年龄进行校准。

阿波罗和苏联样品很好地锚定了很多古老地区,但在大约30亿年至10亿年前之间,却存在很大的返回样品年龄空白。

而我国的嫦娥五号样品恰好落在空白中间,中国科研人员对嫦娥五号玄武岩进行铅同位素测年,得到20.30亿年、误差约400万年的结晶年龄。此前返回样品中的月海玄武岩大多超过28亿至29亿年,嫦娥五号一下把已被直接样品证实的月球火山活动延长了约8亿至9亿年。

发表在《自然》(Nature)上的研究明确指出,这个20.30亿年的年龄,是校准月球乃至内太阳系撞击坑年代学的关键锚点。随后研究人员重新调整撞击坑年代模型,部分月面地质单元的估算年龄因此发生变化。

四、美国从未拿到月背岩石,嫦娥六号改变了这场比较

如果嫦娥五号填补的是时间空白,那么嫦娥六号填补的就是空间空白。2024年6月25日,嫦娥六号返回器带着1935.3克月球样品回到地球,采样地点位于月球背面的南极—艾肯盆地。这是人类第一次获得月球背面返回样品。

此前美国阿波罗、苏联月球号以及中国嫦娥五号带回的样品,全部来自月球正面。

这件事为什么重要?因为月球正面和背面实在太不一样了,而由于潮汐锁定,月球背面永远背对着地球。月球正面存在大片黑色月海玄武岩,而背面绝大部分都是明亮高地。月球两侧月壳厚度、化学成分、火山活动程度也存在明显差异。

对嫦娥六号带回的玄武岩测年显示,月球背面主要火山活动发生在约28.07亿年前,同时样品中还发现约42.03亿年前的古老玄武岩碎屑。

在月球背面返回样品这一项上,嫦娥六号确实第一次打开了一个全新的窗口。这也让今天中国编制全球月球地质图时,多了一种阿波罗时代不存在的数据来源。

接下来,中美对于月球的探测还在继续,两国都打算在未来几年前往月球南极,我国还计划在月球上建立有人照料的月球基地。月球地质图的绘制,对于月球基地的选址也将有重要参考和指导意义。