中国科大利用嫦娥样品月壤的硅同位素揭示月球正反面太空风化差异

    嫦娥五号和嫦娥六号返回月壤样品为研究月球正反面的差异提供了前所未有的机会。学院黄方团队和秦礼萍团队合作，通过对比嫦娥五号和六号返回月壤样品的硅同位素数据，揭示了月球背面相比于正面有更强烈的太空风化特征。研究成果以“Space weathering on the lunar nearside and farside constrained from Si isotopes”为题，于5月7日发表于国际知名学术期刊《自然-通讯》（Nature Communications）。

  太空风化是月球表面物质长期在宇宙射线、太阳风、微陨石撞击等因素作用下发生的一系列物理、化学变化过程，对月球表面物质的成分和结构具有显著影响（图1）。为深入评估月球正反面的太空风化的效应，研究团队利用中科大金属稳定同位素实验室先进的同位素分析技术，对嫦娥五号和六号返回的月壤样品进行高精度硅同位素分析，测定了来自月球正面和背面样本的硅同位素组成。这一研究为理解月球正反面太空风化过程的差异提供了新的非传统稳定同位素证据，有助于完善月球表面物质演化模型。

图1 （左）嫦娥五号、嫦娥六号、Apollo、Luna任务的着陆点（引自Li et al., 2024）；（右）微陨石撞击引发的太空风化卡通图

  嫦娥五号月壤的δ³⁰Si平均值为-0.06±0.05‰（2SD），嫦娥六号月壤的δ³⁰Si为0.04±0.05‰（2SD），都高于全硅酸盐月球（-0.29±0.08‰，2SD）。嫦娥五号岩屑的δ³⁰Si和全硅酸盐月球类似，六号岩屑的硅同位素组成略重（图2）。这个差别可能产生于太空风化作用中微陨石撞击过程。高速运动的微陨石撞击月表，会导致表层物质局部熔融，月壤中的硅以SiO的形式进行自由挥发。在这个过程中，轻硅同位素优先进入气相，使得残余熔体中富集较重的硅同位素。挥发形成的蒸汽可能会发生逃逸，之后再沉积回月表，最终导致表层月壤物质的硅同位素与玄武岩之间产生了分馏。此外，月球背面嫦娥六号样品的δ³⁰Si整体高于正面嫦娥五号样品，表明月球背面采样区经历了更为强烈的太空风化作用。这种风化程度的差异可能与更长的暴露时间、更快的微陨石撞击速率或更高的撞击频率等因素相关。

图 2 本研究中嫦娥样本和月球陨石的硅同位素数据，以及文献中的阿波罗样本背景值（灰色符号）

  论文第一作者为学院硕士研究生张惠妍，通讯作者为于慧敏副研究员、秦礼萍教授和黄方教授，合作者包括汤浩岚特任教授、康晋霆副教授、沈骥特任教授等。该研究得到了国家自然科学基金、中国科学院比较行星学卓越创新中心、安徽省杰青等项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-59577-6