嫦娥五号：月球取样与样本年代测定

嫦娥五号承担中国探月工程“绕、落、回”中的无人采样返回任务，要把月面原位观测与地球实验室分析联系起来。国家航天局组织实施，中国空间技术研究院抓总研制探测器，中国运载火箭技术研究院负责火箭，中国科学院国家天文台负责地面应用系统及科学数据、样品的接收管理。

探测器由轨道器、返回器、着陆器和上升器组成：两个组合体在月球附近分离，一组留轨，另一组下落采样，再通过月球轨道交会转移样品。任务原定发射进度曾因运载火箭问题推迟，最终于2020年实施。

选择风暴洋东北部，是为了取得此前采样任务没有覆盖的年轻月海玄武岩。着陆点约在北纬43.058度、西经51.916度，纬度高于阿波罗和月球号的采样点。这里以较平坦的月海地形为主，但区域内仍分布撞击坑、皱脊及月溪，遥感地质调查为采样结果提供了空间背景。

参考：[1] [4] [5]

按北京时间，2020年11月24日4时30分，长征五号遥五运载火箭从海南文昌发射场将嫦娥五号送往月球。11月28日20时58分，探测器开始近月制动，发动机工作约17分钟后进入环月轨道；这一阶段完成引力捕获，随后还需调整轨道，为下降做准备。

12月1日，着陆器和上升器组合体在月球正面预选区域着陆。留在轨道上的组合体没有随之下降，而是等待月面工作结束后的上升器。分工使月面采样、月球轨道接应和返回地球成为彼此衔接的飞行阶段。

参考：[1] [2] [3]

月面采样同时采用钻取与表取。钻取装置取得约一米长的月壤芯，软质取样袋用于收集和保存地下材料；机械臂则根据相机图像在着陆器附近表取月壤与岩屑。两类样品分别初步包装，再装入上升器上的密封容器。

降落相机和全景相机记录地貌，月球矿物光谱分析仪观测采样区的光谱，月壤结构探测仪辅助判断地下结构。仪器提供的地点信息使地面实验室能够把样品与其采集环境相对应。

参考：[4]

12月3日，上升器从月面起飞入轨；12月6日，它与轨道器和返回器组合体完成交会对接，并把样品转移到返回器。随后上升器分离，轨道器和返回器组合体等待并进入月地转移过程。

12月17日，返回器与轨道器分离，采用两次进入大气层的方式减速，最后以降落伞着陆。北京时间1时59分，返回器落在内蒙古四子王旗预定区域。此次带回月球样品1731克，回收后的密封容器被送往北京，月面作业由此转入样品保存、编目和实验室研究。

参考：[3] [4]

李春来、胡浩、杨孟飞等人发表的初步研究，没有把带回的月壤当作一块均一岩石。研究人员从表取样品中选出155毫克进行颗粒统计，以显微图像测量颗粒大小和形态，并对岩屑开展显微观察、矿物鉴定及化学分析。

颗粒统计结果随计量方式而不同：按数量计算，95%的颗粒等效直径在1.40至9.35微米之间；按质量计算，95%落在4.84至432.27微米之间。少数较大颗粒对总质量的贡献，因而不能从颗粒数比例直接推断。

观察到的物质包括玄武岩屑、熔结体、玻璃及少量角砾岩。玄武岩屑主要含辉石、长石、橄榄石和钛铁矿；整体化学组成表现为较高氧化亚铁和较低镁指数。研究者据此将样品与月海玄武岩联系起来，并讨论当地基岩破碎风化对月壤形成的作用。

参考：[5]

2021年，李秋立、周琴、刘宇等研究人员分析了返回样品中的玄武岩屑。团队挑选不同岩石结构的代表性颗粒，测定矿物中的铅同位素组成，得到20.30亿年、误差约400万年的结晶年龄。

这一结果比此前直接测年的年轻月海玄武岩还晚约8亿至9亿年，证实月球内部在相当晚的阶段仍能产生玄武质岩浆。它也提供了撞击坑计数年代法的重要校准点：遥感研究能用撞击坑的大小与数量比较地表年龄，但需要已测年的实物样品作为约束。样品返回把一处地形的相对年代，连接到可在实验室检验的同位素年代。

参考：[6]