蘇斌等-NSR：42.5億年！嫦娥六號月壤確定南極-艾特肯盆地年齡

自1959年前蘇聯“月球3號”探測器傳回第一張月球背面的模糊影像以來，直徑約2500公里的南極-艾特肯盆地（South Pole-Aitken, SPA盆地）便成為人類深空探測的焦點。這個面積上堪比半個中國陸地的撞擊盆地，不僅是月球最大、最古老的撞擊遺跡（被列為月球三大地體之一），更是太陽系早期小行星劇烈轟炸的見證者，可作為校準太陽系撞擊史的黃金參照，為火星、水星等行星撞擊坑建立統一年齡標尺，是太陽系留給人類珍貴的“宇宙時鐘”（圖1）。

圖 1 CCTV-1大型科學紀錄片《飛向月球》介紹SPA盆地規模

然而這個承載著太陽系童年記憶的巨型撞擊盆地，它的形成時間卻讓行星科學家困惑了半個多世紀。目前主要通過兩種途徑推測其年齡：（1）撞擊坑統計定年法給出從42.6至>43.3億年不等年齡，但該方法對40億年前事件的定年誤差較大，且月表正背面撞擊通量是否相同也直接影響結果的可靠性；（2）月球隕石及采自正面的阿波羅樣品揭示 43.5-43.3億年發生過一次全月球熱事件，推測與SPA撞擊相關。然而，月球早期重大地質事件密集發生，這種時間標定的不確定性，使我們難以判斷SPA盆地究竟是月球巖漿洋凝固的見證者、月球二分性的締造者、還是太陽系晚期重型轟擊的揭幕者，直接阻礙了我們對月球早期演化關鍵節點的認知，也限制了對太陽系早期大型撞擊歷史的理解。

我國嫦娥六號任務首次實現月球背面SPA盆地采樣返回，為直接測定該盆地形成時間提供了歷史性機遇。當前樣品研究面臨三重挑戰：首先，著陸點位于SPA盆地內部的阿波羅盆地月海區，該區域在SPA大撞擊后又歷經多次撞擊及火山覆蓋，如何從多源混雜的月壤中甄別撞擊成因巖屑成為首要難題；其次，如何精準測定這些巖屑的形成年齡是建立撞擊事件年代序列的關鍵環節；最后，遙感光譜顯示SPA盆地與阿波羅盆地的非月海物質均為蘇長質巖石，嫦娥六號月壤可能包含來自SPA盆地、阿波羅盆地及周邊撞擊坑的濺射物，如何在這些撞擊成因巖屑中準確識別SPA盆地的撞擊熔巖是破解該盆地形成時間的核心挑戰。

中國科學院地質與地球物理研究所嫦娥六號攻關突擊隊陳意研究員團隊，從5克月壤中分選出1600余顆大于200微米的巖屑，并從中挑選出20顆代表性蘇長質巖屑（圖2），開展巖石學、地球化學和年代學研究工作。研究發現，雖然這些蘇長質巖屑在礦物組成和全巖成分上與阿波羅樣品中巖漿侵入成因的蘇長巖相同，但在礦物主微量元素特征方面存在顯著差異。極低揮發性元素含量、高Ni/Co比值及熔融殘留礦物等證據，均指示這些巖屑屬于撞擊熔融形成的一種新型月球蘇長巖，將其命名為南極-艾特肯蘇長巖（SPANs）。

圖2 嫦娥六號月壤中不同粒度的撞擊成因蘇長巖

在這些蘇長質巖屑中，共發現33顆粒徑為1-5微米的含鋯礦物，包括20顆鈣鈦鋯石、7顆靜海石、5顆斜鋯石和1顆鋯石。對這些含鋯礦物進行SIMS鉛同位素定年，識別出42.5億年和38.7億年兩期撞擊事件（圖3）。值得注意的是，其中5顆42.5億年的蘇長質巖屑呈現不同的礦物粒度和結構，并且從粗粒到細粒礦物的主微量元素表現出系統的巖漿演化趨勢，揭示其源于同一大型撞擊巖漿池（impact melt sheet）不同層位的分離結晶過程（圖4）。

圖3 撞擊成因蘇長巖含鋯礦物Pb-Pb同位素定年結果

圖4 42.5億年前SPA大型撞擊巖漿池結構模型

為追溯這一古老撞擊蘇長巖的源區，團隊基于遙感數據，對SPA盆地內部及周邊區域進行了大范圍巖性填圖和溯源工作（圖5）。結果顯示，42.5億年的蘇長質巖屑最可能來自著陸區南緣、SPA盆地內環的成分異常區，代表SPA大型撞擊巖漿池的產物。綜合以上證據，團隊最終確定SPA盆地形成于42.5億年前。

圖5 SPA盆地及周邊大區域巖性分布圖（a，b），濺射物潛在來源（c），以及SPA盆地（d）和阿波羅盆地（e）非月海物質巖石類型對比

該項工作表明，在太陽系形成3.2億年后發生的巨型撞擊事件，不僅塑造了月球背面標志性的SPA盆地，而且為月球撞擊坑統計定年法提供了來自月背的初始錨點。該研究發現，基于月球正面樣品校正的撞擊曲線推算的SPA盆地模式年齡與同位素定年結果基本一致，這暗示著月球早期正面和背面的撞擊通量大致相當。更為重要的是，該項工作確認此前基于月球正面樣品認識的發生在43.5-43.3億年的一次全月熱事件與SPA大型撞擊事件無關，這為精準重塑月球早期一級演化序列提供了關鍵時間約束和重要理論支撐。

研究成果發表于國內綜合性學術期刊NSR（蘇斌, 陳意*, 王則靈, 張迪, 陳浩杰, 芶盛, 岳宗玉, 劉艷紅, 原江燕, 唐國強, 郭順, 李秋立, 林楊挺, 李獻華, 吳福元. South Pole–Aitken massive impact 4.25 billion years ago revealed by Chang'e-6 samples [J]. National Science Review, 2025.DOI:10.1093/nsr/nwaf103.）。該項研究由國家自然科學基金項目（42225301和42441802），中國科學院前沿科學與基礎研究局項目（QYJ-2025-0104），先導專項B（XDB0710000）和研究所重點部署研究項目（IGGCAS-202401）共同資助。