月球背面的幾粒砂，見證了41.6億年前的“大轟炸”

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研究認為，這一時期的撞擊是因為太陽系形成初期，大量小天體（如行星胚胎、隕石體）尚未建立穩定軌道，在太陽引力的牽引下彼此碰撞不斷。而當時的小天體往往體積巨大，每一次撞擊都可能帶來翻天覆地的影響——甚至足以掀開行星的地殼，把深部物質拋灑到表面。

長久以來，晚期重轟炸被認為發生在38到40億年前，一場持續時間不長但強度極高的撞擊高峰期。由于這些痕跡在月球、火星、水星上都能觀察到，科學家推測——地球也一定經歷過類似的撞擊洗禮。

只不過由于地球擁有大氣、降水與板塊運動等強烈地質過程，這些超古老的撞擊痕跡早已被抹去。如今我們所能看到的隕石坑中，最古老的也不過是一些二十億年前左右的大型隕石坑，它們成了地球早期遭遇劇烈撞擊的幸存證據，也能讓我們更好理解為什么我們地球上不像其它巖質天體一樣存在密密麻麻的隕石坑。

目前已知最古老的兩個隕石坑之一，它們已經因為地球的風化而面目全非了

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但最近，嫦娥六號帶回的月球背面樣本卻給出了一個更古老的時間點：41.6億年前。這一發現意味著：LHB的開始時間可能遠早于我們此前的認知。如果這個推斷成立，不僅僅是月球的撞擊歷史將被改寫，整個太陽系的演化年表都可能因此發生重大調整。

一、嫦娥六號的采樣點：月背的盆中之盆

嫦娥六號采回來的樣本，來自一個特殊的“撞擊嵌套區”——阿波羅盆地。這個直徑約500公里的撞擊坑本身就已經不小了，但更引人注目的是：它本身就處在一個更龐大的撞擊盆地內部。這個更大的撞擊結構，就是著名的南極–艾特肯盆地（South Pole–Aitken，簡稱SPA）。

SPA是目前太陽系中已知最大、最古老的撞擊盆地之一，直徑約2500公里，遠遠超過月球本身1737公里的半徑，深度則在6.2至8.2公里之間，形成于大約42~43億年前。這個盆中之盆的結構正是月球早期經歷了多輪重大撞擊事件的直接證據，也為我們研究太陽系之初的動蕩歲月提供了天然的窗口。

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正是因為阿波羅盆地所具有的科研潛力，科學家才選擇了此地作為嫦娥六號的著陸點：南極–艾特肯盆地本身就極為古老，其形成過程有可能將月殼甚至月幔的物質暴露到地表，而阿波羅盆地則是由南極-艾特肯盆地形成之后發生的一次撞擊導致，這就意味著阿波羅盆地內部成分可能極為復雜，可能既包括月殼物質、月幔物質、多次撞擊形成的熔融物質，以及多次撞擊再次拋灑出來的月球形成后期的巖漿物質和歷年來的風化物質，這些物質我們可能在嫦娥六號的這次采樣中全部帶了回來。

二、嫦娥六號的新發現

來自中國科學院、中山大學、香港大學等機構的研究團隊對這些樣品進行檢查后，就發現了三塊來自撞擊熔融巖的微小巖石碎片，其大小僅有150-300微米。所謂的撞擊熔融巖，指的是月球在被劇烈撞擊時因高溫而熔化，然后又迅速冷卻形成的巖石。

（圖片來源：參考文獻[1]）

在科學家們首先對這些巖石碎片中包含的鋯石、磷灰石等礦物進行了同位素定年，發現它們的形成時間為41.6±0.014億年前。

而更加引人注意的是它們的化學成分分析，它們呈現出非常典型的類KREEP的地球化學特征，所謂KREEP，是鉀（K）、稀土元素（REE）、磷（P）的英文首字母組合。

要想理解KREEP，我們得回到月球剛誕生得時候。現在的主流認為，月球可能形成于一次地球與火星大小的天體忒伊亞的碰撞，碰撞后的大量殘留物在軌道上再次碰撞并融合才形成了月球，這就導致月球最初整個都是一個巖漿球，其表面覆蓋了一層深達數百公里的熔融巖漿海覆蓋。

隨著巖漿海開始冷卻，其中的礦物開始按照密度和熔點順序結晶并沉淀或漂浮。像橄欖石和輝石這類較重的礦物首先結晶，沉到巖漿海底部，形成了月球的地幔。當巖漿海結晶到大約75%時，斜長石（一種相對較輕的礦物）開始大量結晶。由于密度較低，它們漂浮到頂部，形成了月球的原始地殼。

可是，并不是所有元素都愿意老老實實地進入礦物晶體。有一類叫做非相容元素的化學元素，它們在結晶過程中不容易被礦物結構吸收，于是被不斷趕出已經形成的結晶體，最終全部富集在剩下的那點巖漿殘液中。而KREEP，就是這鍋巖漿最后剩下的殘余熔體，并被夾在了浮起的斜長巖月殼和下沉的鎂鐵質月幔之間。

因此，KREEP在研究月球的演化歷史和內部結構上對科學家極其重要。同時，由于KREEP 富含放射性元素，如鈾（U）和釷（Th）。這些元素在衰變過程中會持續釋放出大量的熱量。科學界普遍認為，正是由于月球正面富含KREEP，這些物質產生的熱量讓月球正面持續產生大規模火山活動，因此在月球正面形成了大面積的黑色平原，所以KREEP也是月球表面二分性的原因之一。

三、“類KREEP”的樣本說明了什么？

而之所以說這些嫦娥六號的樣本存在“類KREEP”特征，是因為它們與KREEP極其類似，具備相似的化學元素特征，但卻并不是原生的巖漿巖，而是具備撞擊特征的撞擊熔融巖——換句話說，它們原來是KREEP，但在一次強烈撞擊后被重新熔化之后又冷卻形成的。

科學家推測，這些類KREEP巖石的起源可以分成兩個階段：第一個階段是42~43億年前的SPA撞擊階段，當時巨大的撞擊可能深入到月幔，把深埋的KREEP物質熔化并重新拋出到地表。第二個階段是約41.6億年前的阿波羅隕石坑撞擊階段，這一階段的撞擊將這些KREEP物質重新熔融，最終形成了嫦娥六號帶回來的這些樣本。

因此，這些類KREEP樣本實際既記錄了SPA撞擊時的KREEP殘余，又被阿波羅撞擊重新加工，最后才保存至今。

這一結果至關重要，因為阿波羅隕石坑被認為是在晚期重轟炸開始后不久就形成的，因此這個樣本相當于把晚期重轟炸事件的時間向前提到了至少41.6億年前。這不僅改變了我們對月球和太陽系演化的認識，也對地球早期環境的研究意義重大。因為地球在同一時期內必然也遭受到類似的撞擊，如果撞擊真的至少開始于41.6億年前，而不是之前以為的40億年前，那么地球早期的海洋、氣候，以及生命起源的環境，可能都要在這個新的時間框架下重新審視。

參考文獻：

[1] Chen J, Zhang L, Cui Z, et al. KREEP-like lithologies in the South Pole–Aitken basin reworked by the Apollo basin impact at 4.16 Ga[J]. Nature Astronomy, 2025: 1-10.

出品：科普中國

作者：地星引力（科普創作者）

監制：中國科普博覽