科學家打開自1972年以來一直封存的月球巖石 發現“異質硫信號”

美國布朗大學牽頭的一個科研團隊近日公布最新研究成果：他們開啟了自1972年阿波羅17號帶回地球后一直被妥善封存的月球巖芯樣品，在其中發現了一種前所未見的硫同位素信號，這一結果對月球成因及內部演化的傳統認識提出了挑戰。研究論文已發表在《地球物理研究雜志：行星》上。

1972年，阿波羅計劃最后一批宇航員從月球返回時，將部分采集樣品密封保存，希望留待未來技術更先進的科學家進行深入分析。五十多年后，這一設想終于成真。布朗大學地球、環境與行星科學系助理教授詹姆斯·多廷（James Dottin）帶領的團隊，對阿波羅17號在金牛座-利特羅（Taurus?Littrow）地區采集的一段月壤巖芯重新分析，在其中識別出異常的硫同位素組成。

這些火山類物質中的硫元素呈現出顯著貧化硫?33（33S）的特征，而33S是硫的四種穩定同位素之一。團隊指出，這些數值與通常在地球巖石中測得的硫同位素比例明顯不同。在地球和其他行星研究中，元素的同位素比例被視為一種“指紋”，可反映其來源及形成過程：如果兩份樣品具有相同的同位素圖譜，通常意味著它們源于同一“母本”。

長期以來，科學界已經確認地球與月球在氧同位素方面具有高度相似的特征，因此普遍推測月球地幔中的硫同位素組成也應與地球接近。然而本次研究的結果卻大相徑庭。多廷表示，自己原本也預期會看到類似地球的數值，卻最終得到“與地球上任何已知樣品都截然不同”的結果，以至于他第一次看到數據時的反應是：“這不可能，我們肯定哪兒做錯了。”反復核查后，團隊確認實驗過程無誤，只能接受這是“非常令人意外”的真實信號。

此次分析的樣品來自一根所謂“雙節取樣管”（double drive tube）：阿波羅17號宇航員吉恩·塞爾南（Gene Cernan）和哈里森·施密特（Harrison Schmitt）曾將這根中空金屬管插入月面約60厘米，用以獲取相對原位、未受太多擾動的月壤剖面。樣品返回地球后，美國國家航空航天局（NASA）將其置于氦氣環境中密封保存，作為“阿波羅下一代樣品分析計劃”（ANGSA）的一部分，為未來研究預留“最干凈”的月球物質。

近年，NASA通過競爭性遴選，向科研團隊開放這批珍貴樣品。在布朗大學月球研究聯盟LunaSCOPE的支持下，多廷使用二次離子質譜（secondary ion mass spectrometry）技術，對樣品中的硫同位素進行了高精度測量——這一手段在阿波羅樣品剛被帶回時尚不可用。他特別選取那些從巖芯中判定為源自月球深部火山物質的部分，重點尋找在巖石噴發時就已形成、而非后期被其他過程引入的硫相。

對于這些出人意料的33S信號，研究團隊目前提出了兩種主要解釋路徑。其一與月球早期的表層環境有關：在稀薄大氣中，硫如果在紫外輻射作用下參與特定光化學反應，可能會形成貧化33S的特征。科學界普遍認為，早期月球曾短暫擁有過一層稀薄大氣，本次的硫同位素特征或許正是那一時期表層化學過程的遺跡。如果這一解釋成立，就意味著這些原本位于表面的硫物質在某種機制作用下被輸送進了月幔深處。

多廷指出，這將構成月球早期“表層—內部物質交換”的證據。在地球上，板塊構造可以將表層物質俯沖、再循環入地幔，但月球并不存在類似的板塊構造體系。因此，如果月球早期的確存在某種能夠將表層物質送入內部的機制，這對理解其內部動力過程將非常重要，也極具吸引力。

另一種解釋則將視角拉回到月球起源本身。主流理論認為，早期地球曾與一個火星大小的天體忒伊亞（Theia）發生巨大碰撞，拋出的碎片在軌道上聚集，最終形成月球。如果忒伊亞本身具有與地球截然不同的硫同位素組成，那么其物質殘留在月幔深處，也可能在今天的月球樣品中被檢測出來。

目前來看，現有數據尚不足以在兩種解釋之間作出明確裁決。多廷希望，未來通過與其他月球樣品以及太陽系中更多行星體的同位素數據進行系統比對，能夠進一步厘清這一“異質硫信號”的真正來源。科研人員認為，深入解析這些同位素指紋，不僅有助于重構月球自身的形成和演化歷史，也將為整個太陽系早期物質分布和行星形成過程提供新的線索。