摘要：月球返回样品的同位素测年结果是建立月球年代模型和反演月球撞击历史的基石。然而，以往所有返回样品均来自月球正面，并且对应地质单元的同位素年龄均晚于40亿年。2024年6月25日，嫦娥六号从月球背面返回了1.935 kg月壤样品，该样品除了含有大量的着陆区28亿年的年轻玄武岩，还含有42.5亿年的古老苏长岩，后者由南极-艾特肯盆地大型撞击事件熔融的岩浆中结晶形成。结合遥感图像获取的对应区域的撞击坑密度，中国科学院地质与地球物理研究所的科研团队修正了月球年代模型，证明月球正面和背面的撞击通量基本一致，并且仍然符合“指数衰减+线性项”相结合的形式，为月球科学研究提供更加完整、精确的“时间标尺”。同时，研究还证实39亿年前不存在撞击通量异常，月球早期的撞击通量呈平滑衰减，不支持晚期重型轰击（Late Heavy Bombardment，LHB）假说。
确定月球不同区域形成的时间，是认识月球演化过程的基础。对于月球上未采样的区域，其年龄可以通过该区域的撞击坑大小-频率分布来估算，其原理是越老的区域撞击坑密度越大。建立返回样品的同位素年龄与采样区域撞击坑密度之间的函数是撞击坑定年方法的核心基础。然而，此前月球样品全部来自正面，且年龄都小于40亿年，这为分析月球早期撞击历史带来了很大不确定性。
作为人类历史上首次从月球背面采样返回的任务，我国嫦娥六号成功着陆于月球南极-艾特肯（South Pole-Aitken，SPA）盆地内部阿波罗盆地南部的玄武岩单元之上。SPA盆地是月球上规模最大、形成最早的撞击盆地，在其形成过程中大量撞击熔融物质分布在盆地中央，随后的结晶分异过程形成了苏长岩，并且在后来的陨石撞击中被挖掘抛射到嫦娥六号着陆区。嫦娥六号月壤样品除主要为着陆区的玄武岩之外，还包含SPA盆地形成的苏长岩。返回样品的同位素测年结果表明，该玄武岩单元的年龄为2807±3 Ma，苏长岩的年龄为4245±5 Ma。中国科学院地质与地球物理研究所月壤科研团队利用高分辨率遥感图像对着陆区玄武岩单元，以及整个SPA盆地中的撞击坑密度进行统计和分析，得到直径大于1 km的撞击坑密度（即N(1)值）分别为
和
。
研究表明，来自月球背面的两个样品的同位素年龄及其对应的N(1)值均位于由月球正面样品数据拟合得到的月球撞击坑年代模型的95%置信区间内，这证明月球背面的撞击通量与正面相当，因此，嫦娥六号样品首次为月球正面与背面撞击一致性提供了直接证据，为建立适用于整个月球的撞击坑年代模型奠定了基础（图1）。研究团队将这两个数据点与此前阿波罗、月球号以及嫦娥五号任务的数据集结合，通过最小二乘拟合的方法得到了新的月球撞击坑年代模型。
图1 基于月球正面样品数据拟合得到的月球撞击坑年代模型以及月球背面数据点
利用所有数据点拟合的模型（图2A），研究团队给出了新模型与目前应用最广泛的Neukum (1983)模型之间的模型年龄差异（即“新模型−Neukum模型”）（图2B），并以Neukum (1983)模型给出的年龄作为参考。值得注意的是，所有数据点均位于新的月球撞击坑年代函数95%置信区间内，表明拟合结果具有良好的可靠性。
图2 新的月球撞击坑年代学模型及其与Neukum (1983)模型的比较。(A) 新的月球年代学模型及其95%置信区间；(B) 新模型相对于Neukum (1983)模型的模型年龄差异
目前，关于月球早期撞击历史存在多种假说，包括单调衰减的撞击通量模型、约39亿年前发生晚期重轰击的假说、以及早于约41亿年前出现“锯齿状”撞击通量增强模型等，造成这些争议的主要原因是缺少月球早期年龄数据的约束。由于嫦娥六号返回的最古老样品代表了南极-艾特肯盆地的形成时间，因此新的月球撞击坑年代模型为约束月球早期撞击历史提供了一个独特的机会。新的撞击坑年代模型与其他模型的对比表明月球SPA盆地的年龄明显偏离“锯齿状”模型（图3），与晚期重轰击假说也存在显著偏差。因此，嫦娥六号样品的同位素定年结果不支持早期撞击通量突变的模型。
图3 各种撞击坑年代学模型比较
研究成果发表于国际学术期刊Science Advances（岳宗玉#, 芶盛#, 王晔昕, 李华成, Gregory Michael, 刘建忠, 孙姝娟, 林杨挺*, 邸凯昌*, 李秋立, 陈意, 杨蔚, 谢彬, 胡森, 李守定, 郑博, 毛天桥, 李献华, 吴福元. Lunar chronology model with the Chang’e-6 farside samples and implications for the early impact history [J]. Science Advances, 2026, DOI: 10.1126/sciadv.ady9265.）。研究受科技部重点研发项目（2022YFF0503100），国家自然科学基金（62227901）和研究所重点部署研究项目（IGGCAS-202401, IGGCAS-202204）联合资助。
