自1959年前蘇聯(lián)“月球3號”探測器傳回第一張月球背面的模糊影像以來，直徑約2500公里的南極-艾特肯盆地（South Pole-Aitken, SPA盆地）便成為人類深空探測的焦點。這個面積上堪比半個中國陸地的撞擊盆地，不僅是月球最大、最古老的撞擊遺跡（被列為月球三大地體之一），更是太陽系早期小行星劇烈轟炸的見證者，可作為校準(zhǔn)太陽系撞擊史的黃金參照，為火星、水星等行星撞擊坑建立統(tǒng)一年齡標(biāo)尺，是太陽系留給人類珍貴的“宇宙時鐘”（圖1）。

圖 1 CCTV-1大型科學(xué)紀(jì)錄片《飛向月球》介紹SPA盆地規(guī)模

然而這個承載著太陽系童年記憶的巨型撞擊盆地，它的形成時間卻讓行星科學(xué)家困惑了半個多世紀(jì)。目前主要通過兩種途徑推測其年齡：（1）撞擊坑統(tǒng)計定年法給出從42.6至>43.3億年不等年齡，但該方法對40億年前事件的定年誤差較大，且月表正背面撞擊通量是否相同也直接影響結(jié)果的可靠性；（2）月球隕石及采自正面的阿波羅樣品揭示 43.5-43.3億年發(fā)生過一次全月球熱事件，推測與SPA撞擊相關(guān)。然而，月球早期重大地質(zhì)事件密集發(fā)生，這種時間標(biāo)定的不確定性，使我們難以判斷SPA盆地究竟是月球巖漿洋凝固的見證者、月球二分性的締造者、還是太陽系晚期重型轟擊的揭幕者，直接阻礙了我們對月球早期演化關(guān)鍵節(jié)點的認(rèn)知，也限制了對太陽系早期大型撞擊歷史的理解。

我國嫦娥六號任務(wù)首次實現(xiàn)月球背面SPA盆地采樣返回，為直接測定該盆地形成時間提供了歷史性機遇。當(dāng)前樣品研究面臨三重挑戰(zhàn)：首先，著陸點位于SPA盆地內(nèi)部的阿波羅盆地月海區(qū)，該區(qū)域在SPA大撞擊后又歷經(jīng)多次撞擊及火山覆蓋，如何從多源混雜的月壤中甄別撞擊成因巖屑成為首要難題；其次，如何精準(zhǔn)測定這些巖屑的形成年齡是建立撞擊事件年代序列的關(guān)鍵環(huán)節(jié)；最后，遙感光譜顯示SPA盆地與阿波羅盆地的非月海物質(zhì)均為蘇長質(zhì)巖石，嫦娥六號月壤可能包含來自SPA盆地、阿波羅盆地及周邊撞擊坑的濺射物，如何在這些撞擊成因巖屑中準(zhǔn)確識別SPA盆地的撞擊熔巖是破解該盆地形成時間的核心挑戰(zhàn)。

中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所嫦娥六號攻關(guān)突擊隊陳意研究員團隊，從5克月壤中分選出1600余顆大于200微米的巖屑，并從中挑選出20顆代表性蘇長質(zhì)巖屑（圖2），開展巖石學(xué)、地球化學(xué)和年代學(xué)研究工作。研究發(fā)現(xiàn)，雖然這些蘇長質(zhì)巖屑在礦物組成和全巖成分上與阿波羅樣品中巖漿侵入成因的蘇長巖相同，但在礦物主微量元素特征方面存在顯著差異。極低揮發(fā)性元素含量、高Ni/Co比值及熔融殘留礦物等證據(jù)，均指示這些巖屑屬于撞擊熔融形成的一種新型月球蘇長巖，將其命名為南極-艾特肯蘇長巖（SPANs）。

圖2 嫦娥六號月壤中不同粒度的撞擊成因蘇長巖

在這些蘇長質(zhì)巖屑中，共發(fā)現(xiàn)33顆粒徑為1-5微米的含鋯礦物，包括20顆鈣鈦鋯石、7顆靜海石、5顆斜鋯石和1顆鋯石。對這些含鋯礦物進行SIMS鉛同位素定年，識別出42.5億年和38.7億年兩期撞擊事件（圖3）。值得注意的是，其中5顆42.5億年的蘇長質(zhì)巖屑呈現(xiàn)不同的礦物粒度和結(jié)構(gòu)，并且從粗粒到細(xì)粒礦物的主微量元素表現(xiàn)出系統(tǒng)的巖漿演化趨勢，揭示其源于同一大型撞擊巖漿池（impact melt sheet）不同層位的分離結(jié)晶過程（圖4）。

圖3 撞擊成因蘇長巖含鋯礦物Pb-Pb同位素定年結(jié)果

圖4 42.5億年前SPA大型撞擊巖漿池結(jié)構(gòu)模型

為追溯這一古老撞擊蘇長巖的源區(qū)，團隊基于遙感數(shù)據(jù)，對SPA盆地內(nèi)部及周邊區(qū)域進行了大范圍巖性填圖和溯源工作（圖5）。結(jié)果顯示，42.5億年的蘇長質(zhì)巖屑最可能來自著陸區(qū)南緣、SPA盆地內(nèi)環(huán)的成分異常區(qū)，代表SPA大型撞擊巖漿池的產(chǎn)物。綜合以上證據(jù)，團隊最終確定SPA盆地形成于42.5億年前。

圖5 SPA盆地及周邊大區(qū)域巖性分布圖（a，b），濺射物潛在來源（c），以及SPA盆地（d）和阿波羅盆地（e）非月海物質(zhì)巖石類型對比

該項工作表明，在太陽系形成3.2億年后發(fā)生的巨型撞擊事件，不僅塑造了月球背面標(biāo)志性的SPA盆地，而且為月球撞擊坑統(tǒng)計定年法提供了來自月背的初始錨點。該研究發(fā)現(xiàn)，基于月球正面樣品校正的撞擊曲線推算的SPA盆地模式年齡與同位素定年結(jié)果基本一致，這暗示著月球早期正面和背面的撞擊通量大致相當(dāng)。更為重要的是，該項工作確認(rèn)此前基于月球正面樣品認(rèn)識的發(fā)生在43.5-43.3億年的一次全月熱事件與SPA大型撞擊事件無關(guān)，這為精準(zhǔn)重塑月球早期一級演化序列提供了關(guān)鍵時間約束和重要理論支撐。

研究成果發(fā)表于國內(nèi)綜合性學(xué)術(shù)期刊NSR（蘇斌, 陳意*, 王則靈, 張迪, 陳浩杰, 芶盛, 岳宗玉, 劉艷紅, 原江燕, 唐國強, 郭順, 李秋立, 林楊挺, 李獻華, 吳福元. South Pole–Aitken massive impact 4.25 billion years ago revealed by Chang'e-6 samples [J]. National Science Review, 2025.DOI:10.1093/nsr/nwaf103.）。該項研究由國家自然科學(xué)基金項目（42225301和42441802），中國科學(xué)院前沿科學(xué)與基礎(chǔ)研究局項目（QYJ-2025-0104），先導(dǎo)專項B（XDB0710000）和研究所重點部署研究項目（IGGCAS-202401）共同資助。