在神話的盡頭，群星的故事才剛剛開始。
這話一點也不夸張。在先民的想象里，嫦娥飛天、身赴廣寒，在桂樹和玉兔的陪伴下長守月宮。而科學世紀的中國人，不僅順利完成了探測器登月，更是通過“繞、落、回”三部曲，直接把月球的一部分搬回了地球。至此，中華文明書寫的真實歷史已然突破了先民的想象?？勺鳛榭茖W世紀的“嫦娥”，她還要突破更多。
這一次，她要突破人類認知的邊界。
嫦娥五號任務效果圖 | CNSA/CLEP
去年12月17日，我國首次月球采樣返回任務—— “嫦娥五號”返回艙順利著陸，帶回了38萬公里開外的珍貴月巖樣品。科學家持續(xù)攻關(guān)，在這些樣品里揭開了月球演化的全新往事。
今年10月7日，由北京離子探針中心（隸屬中國地質(zhì)科學院地質(zhì)所）劉敦一研究員、以及該所訪問學者Alexander Nemchin教授（來自澳大利亞科廷大學，Curtin University）領(lǐng)銜的研究成果，正式刊登在國際知名學術(shù)期刊《科學》上。
新成果揭示了一項重要認識——月球地質(zhì)的活躍期，比想象中至少延續(xù)了十億年左右。
長征五號遙五運載火箭攜帶嫦娥五號探測器發(fā)射升空 | 新華社
無論地球、月亮還是其它星球，都是宇宙大舞臺上的演員。在悠久的時間長河中，它們演繹著一幕幕的演化歷程。
地球、月球這類星球皆由巖石構(gòu)成，它們的演化歷程，記錄在對應時期形成的巖石里。而把一塊月巖及其所記錄的環(huán)境信息準確放回時間軸上的前提，便是首先測出這塊月巖的年齡。
距離地球畢竟38萬公里之遙，科學家如何知曉月亮上的石頭形成于何時呢？
答，數(shù)圈圈。算算術(shù)。
這可不是小兒囈語，而是實實在在的科學方法。
身在地球的我們，只需手持一臺5-8倍放大倍率的普通望遠鏡，便可清晰觀察到月球表面坑坑洼洼的隕擊地貌。
當兩個撞擊坑相交，顯然是“新坑覆蓋老坑”。因此，只要觀察月球表面密密麻麻撞擊坑的連環(huán)疊覆關(guān)系，就能把月球表面不同區(qū)域巖層的先后順序擺出來。
加之不同時期，月球遭受隕擊的強度和頻度截然不同（剛形成不久的月亮遭受高強度撞擊頻度極高，此后幾十億年卻僅有零星隕擊物造訪），通過對隕擊坑大小和頻度進行統(tǒng)計，便可估算出月球某片區(qū)域的大概時代歸屬。
環(huán)形山的疊置關(guān)系和疊置頻度可以解釋很多月球年代學問題 | NASA\"s Goddard Space Flight Center
但“數(shù)圈圈”有個致命問題。它只能告訴我們巖層的先后順序和大致時代歸屬，卻沒法報出一個準確的年齡數(shù)值。
20世紀早期，物理學家盧瑟福（E. Rutherford）揭示了一條關(guān)于放射性元素的重要定律——衰變定律。該定律認為放射性元素衰變的速率僅跟體系內(nèi)放射性原子的數(shù)目有關(guān)。
這條定律在物理學史上成就了盧瑟福的大名。而在20世紀后續(xù)的時光里，他的定律幾乎撐起了當代地球-行星科學的半部江山。
因為它就是“放射性同位素測年”的基本原理。
在天然條件下，很多放射性元素都是親石元素（Lithophile elements），被牢牢鎖死在巖石的微觀結(jié)構(gòu)、也就是由小小離子構(gòu)成的規(guī)則網(wǎng)格——晶格里。
被束縛在晶格里的放射性元素遵循衰變定律進行衰變，就如同巖石里安裝了一只不停奏響的時鐘。從“安裝好”的那刻起，巖石中放射性元素的初始含量就固定下來。隨著時間不停流逝，它們不停衰變。
衰變定律告訴我們：每一個時間節(jié)點（t）都嚴格對應一個剩余同位素的精確量值。今人用質(zhì)譜儀測出巖石里同位素母體與子體的剩余數(shù)量，然后順著衰變方程倒推未知數(shù)t，就獲得了整個衰變歷程消耗的時間。由于這個t是從晶格“安裝好”的那刻開始計數(shù)的，自然也就代表它們的“房東”——巖石本身的形成年齡了。
人類迄今采集的月巖樣品并不多，但終歸能夠在海量“數(shù)圈圈”的序列里放上幾個有具體數(shù)值的“地標”。嫦娥五號采回的樣品就構(gòu)成了最新的“地標”之一。
劉敦一教授團隊進行了鉛（Pb）同位素測年，同時結(jié)合隕擊坑頻度統(tǒng)計進行關(guān)聯(lián)校正，最終確認嫦娥五號著陸區(qū)（風暴洋地區(qū)，Oceanus Procellarum）的巖石形成于20億年前。
嫦娥五號著陸器拍攝的月面全景圖 | CNSA/CLEP/Mattias Malmer
今天的月球是個冰冷的石頭疙瘩。它何時徹底沉寂的呢？先前科學界普遍認為是30億年前。嫦娥五號的最新研究，讓月球地質(zhì)運動的活躍歷史足足延后了大約十億年。
考慮到月球總年齡也不過45億年。10億年自然不是個小數(shù)目了。這個巨大的年代跨度背后，代表著怎樣的演化歷程呢？
月球為什么那么早就冷了？答，體積太小了唄。
太空那么冷的環(huán)境，誰小誰涼得快。當內(nèi)部熱能不足以維持活躍的地質(zhì)活動時，月球表面便死寂一片了。比它大得多的地球保溫性能就很棒，以至今天仍能夠在地表實際體驗到它奔騰不息的地質(zhì)活力。
而月球20億年前有沒有地質(zhì)活性，誰說了算？當然月巖說了算啊——畢竟地質(zhì)活動的最直觀產(chǎn)物便是形形色色的巖石。如果測出一塊月巖形成于距今20億年前，自然就代表20億年前月亮上有著活躍的地質(zhì)運動——起碼，有著活躍的火山作用。
研究所涉的月巖屬于玄武巖，是地幔原始巖漿噴出地表后凝固形成的產(chǎn)物。這種巖石本身不算稀罕，月球上有、地球上也有。我們抬頭賞月，那些暗色的部分就是玄武巖。1000多年前李白在峨眉山也賞過月，還寫了詩。而峨眉山的金頂其實也是玄武巖。
月球剛形成時是一片巖漿海的狀態(tài)，隨后逐漸冷卻，在冷卻過程中，它巖漿體量也在一點點潰縮，仿佛一個逐漸干涸的池塘。
月海玄武巖的能譜圖像 | 本文參考文獻（Che et al., 2021）
干涸的池塘往往會發(fā)生一件事，“濃縮”。最形象的例子，莫過于最終只能相濡以沫的魚兒了。巖漿里的某些元素也一樣（比如鉀、磷、稀土元素等，它們被稱為“不相容元素”）。隨著巖漿逐漸冷卻，它們就是不愿隨凝固的巖石一并走掉，寧肯隨巖漿濃縮到底。
但隨著月球巖漿海的最終干涸，它們逃無可逃，注定擺脫不了凝固為冰冷巖石的命運。于是在最晚期殘余的巖漿產(chǎn)物里，不相容元素的含量極高。
嫦娥五號采集的這些玄武巖，不僅年齡上比“池塘的最后干涸期”晚了10億年，而且它的化學特征上也未見到任何不相容元素被濃縮的痕跡。
這些拼圖拼在一塊，自然呈現(xiàn)了一個新的、足夠年輕的月球巖漿活躍周期。它在月球巖漿海徹底凝縮固結(jié)之后的十億年，仍然向月球地表貢獻了豐沛的新鮮熔巖（據(jù)估算大概2000 km3）。
月面上的嫦娥五號著陸器 | NASA/GSFC/Arizona State University
月球的活躍期延長了十億年。這個對人類來說已經(jīng)幾乎大到無感的數(shù)字，到底代表著什么呢？不妨用簡單幾句話梳理地球和月亮的簡史，大家可能會對嫦娥五號的新突破體會更直觀一些。
地球誕生在46億年前的太陽系塵埃里。
據(jù)現(xiàn)有理論猜測，在第一個十億年里（4.6 - 3.8 Ga，“Ga”代表十億年，下同），地球與另一個原始行星相撞，碎片融合為月球。之后數(shù)億年，無數(shù)彗星密集地撞上新生的地月系統(tǒng)。這些太空臟冰塊為地球和月球帶來了豐沛的水。月球引力太小，水分很快揮發(fā)掉。龐大的地球則把這些水牢牢吸附在表面，匯為最初的海洋。在第一個十億年的最后一幕，在這最初的海洋里，最初的生命誕生了。
緊接著是第二個十億年（3.8 -2.5 Ga）。地球上稱為太古宙。經(jīng)過前一個周期的混沌翻覆，地球開始進入相對穩(wěn)定的演化時期。以至于這十億年被稱為“平淡十億年”（Boring billion）。沐浴在黯淡的原始陽光中，地球生命非但沒有衰亡，反而孕育出一種足以徹底改變后世的重要機制——光合作用。在平淡十億年臨近結(jié)束時，光合微生物已經(jīng)徹底滌蕩了地球的“污濁之氣”，把大氣層改造成了透徹的藍天。這片蔚藍的天穹一經(jīng)出現(xiàn)，便再未消失在地球上空。
太古宙時的地球和月亮（想像圖）。嫦娥五號的新發(fā)現(xiàn)意味著，圖中的月亮可能需要重新畫過了 | Tim Bertelink
第三個十億年（2.5-1.5 Ga），元古宙上半場。微生物仍舊主宰著世界。但在行星分異和板塊運動的合力下，大陸的地基——真正的“大洲”出現(xiàn)了。按嫦娥五號的最新研究結(jié)果，月球在此時仍有著活躍的巖漿活動。當時或許可以看到這樣的景象：在太陽系第三軌道上，地球緩緩漂浮著。藍天、藍海、荒涼的大洲，除了沒有綠色，已與今日無異；圓月陪伴著它，銀白、斑駁、卻點燃著今日未見的紅色光斑。那是汩汩流動的熔巖。
模擬想象的月球早期巖漿海 | NASA/Goddard Space Flight Center
然后第四個十億年（1.5 – 0.5 Ga），元古宙下半場。中途有段時間地球被完全凍結(jié)。等巨型火山徹底融穿地表冰蓋時，地球再也找不回延續(xù)了三十億年的荒涼沉寂了——生物圈在大冰期之后獲得了爆破式發(fā)展，“微生物地球”結(jié)束了，宏觀生物的各個門類同時登上地球舞臺，一個熱鬧的時代就此開始。
熱鬧的時代，0.5 Ga-至今，只有不到十億年的短暫時光。對這段時期，一句話概括就足夠了：它的開頭，寒武紀三葉蟲遨游在蔚藍的海洋；它的另一頭，人類已經(jīng)擁有了飛船和互聯(lián)網(wǎng)。
只有在這樣的尺度下，才很容易看出新的月球故事，陪伴著我們一起走到了生物劇變的前夜。
雖然后來月球仍不免淪為沉寂，但感謝這份沉寂，當此岸的地球在時間舞臺上翻覆劇變、滄海桑田時，月球為我們留存了珍貴的遠古史料。這一眨眼就是二十億年。
當?shù)厍蜻M入全新世，月球終于再次迎來了久違的活躍。遙遠的回憶里，那巖漿汩汩的“煙火氣”，讓渡給了另一種全然不同的“煙火氣”。它們叫嫦娥、叫露娜（луна）、叫阿波羅（Apollo）。但其實一個名字就夠了，它叫人類。
嫦娥五號機械臂相機拍攝畫面 | 央視
嫦娥五號返回器和降落傘原件 | Steed攝
它是地月系統(tǒng)孕育的智慧文明。它能夠不斷超越自身的神話，不斷完善自身對宇宙的認知。也許根本不用等到下一個十億年，說不定一眨眼的時間，它便足以帶著平和的好奇心，去擁抱星河深處的無限斑斕。
群星的故事，才剛剛開始。
[1] X. Che et al., 2021. Age and composition of young basalts on the Moon, measured from samples returned by Chang’e-5. Science, 10.1126/science.abl7957.
本文來自微信公眾號 “果殼”（ID：Guokr42），作者：溯鷹，編輯：Steed，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。
