嫦娥五号钻取的岩芯中镍同位素组成显著升高，表明年轻的月球表面长期受到微陨石撞击的影响，从而经历了持续的空间风化作用

《Geochimica et Cosmochimica Acta》：Significantly elevated Ni isotope compositions in the Chang’e-5 drill core reveal continuous micrometeorite-dominated space weathering of the young lunar surface

月球表面镍同位素组成与微陨石轰击效应研究。通过嫦娥五号钻探芯样不同深度的镍同位素分析（δ60Ni值0.54-1.06‰），揭示微陨石持续轰击导致镍蒸发分馏，随深度增加同位素分馏度显著降低。结合镍/钴比值估算，该区域主要微陨石源为类地行星成因，贡献量约1-2重量%，其中10-30%镍在近饱和蒸发条件下损失。研究证实长期微陨石轰击对年轻月壤表层的同位素分馏起主导作用，为小天体表面演化机制提供新证据。

　　在月球表面，空间天气化（space weathering）是一个持续发生的自然过程，它通过改变月表的化学和同位素组成，对月球及其类地行星的形成与演化历史产生重要影响。空间天气化主要由微陨石撞击、太阳风与离子溅射以及宇宙辐射等外部因素驱动，这些因素共同作用于月球表面，导致其物理和化学性质随时间发生变化。理解这一过程不仅有助于揭示月球的演化历史，也为研究其他无大气行星体的表面改造提供了重要线索。

微陨石撞击被认为是空间天气化过程中最为关键的环节之一。这些微小的天体在高速撞击月球表面时，会带来丰富的外来物质，同时也会因高温和高压条件导致部分物质蒸发。然而，目前对于微陨石撞击在空间天气化过程中的具体贡献仍存在较大不确定性。为了解决这一问题，本研究通过分析嫦娥五号（Chang’e-5, CE5）任务带回的月壤样本，探讨了不同深度钻孔样本中的镍（Ni）同位素组成，以揭示月壤中可能存在的外来物质添加与蒸发过程。

嫦娥五号任务成功采集了来自相对年轻的月海玄武岩（约20亿年）表面的样本，这些样本具有较短的暴露时间，因此保留了较为完整的空间天气化记录。研究团队分析了从钻孔核心中采集的五种不同深度的月壤样本，以及一个来自同一区域的新鲜玄武岩碎屑样本。通过比较这些样本的镍含量和镍同位素比值（δ??Ni），研究发现月壤中的镍含量显著高于玄武岩，且其δ??Ni值范围为0.54–1.06‰，而玄武岩的δ??Ni值仅为0.18‰±0.01‰。这一现象表明，在月壤形成过程中，较轻的镍同位素可能因微陨石撞击引发的蒸发作用而优先流失，导致月壤中重镍同位素的富集。

研究还发现，随着深度的增加，δ??Ni值显著下降，而镍的总含量则保持相对稳定。这一结果进一步支持了微陨石持续撞击导致的镍同位素分馏现象，而非简单的蒸发物质混合所引起。通过分析镍与钴（Co）的比值，研究团队估计了嫦娥五号着陆点的原始微陨石撞击物类型，并发现这些撞击物可能具有与球粒陨石相似的成分，对月壤的贡献约为1–2%。同时，研究还指出，大约10–30%的撞击物中的镍可能在接近饱和的蒸发条件下被损失。

这一研究结果表明，在长期的空间天气化过程中，微陨石撞击不仅改变了月表的物理和化学特性，还通过蒸发作用对月表的同位素组成产生了显著影响。特别是在嫦娥五号着陆点的年轻月壤中，这种蒸发作用可能更加强烈，导致上层月壤中重镍同位素的富集。此外，研究还强调了空间天气化对月壤形成过程的重要性，以及其在月球表面改造中的持续作用。

在月球的长期演化过程中，微陨石撞击不仅是影响月表成分的重要因素，还可能对月球的化学演化产生深远影响。研究团队指出，由于月球缺乏大气层，其表面暴露于宇宙空间中的各种外部因素，包括太阳风、宇宙射线和微陨石等。这些因素共同作用，使得月表材料经历了一系列的物理和化学变化，形成了复杂的同位素组成。因此，通过研究这些同位素变化，可以为理解月球的演化历史提供新的视角。

在之前的科学研究中，许多研究者已经利用月球样本中的元素比值和同位素组成来探讨空间天气化的影响。例如，通过分析球粒陨石样本中的镍与钴比值，研究者可以推断出月壤中可能存在的外来物质来源。然而，由于月球样本中的空间天气化历史复杂，这些研究往往难以准确区分外来物质的贡献与内部演化过程的影响。因此，嫦娥五号任务带回的样本为这一研究提供了难得的机会，因为这些样本来自相对年轻的月海玄武岩，其空间天气化历史相对较短，可能更易于解析。

研究团队指出，嫦娥五号样本中的镍同位素变化不仅反映了微陨石撞击带来的外来物质添加，还揭示了撞击过程中发生的蒸发作用。这种蒸发作用可能优先导致较轻的镍同位素的流失，从而使得月壤中重镍同位素的含量增加。此外，研究还发现，随着深度的增加，镍同位素的分馏现象变得更加明显，这可能与微陨石持续撞击导致的蒸发作用有关，而非简单的混合过程。

在分析这些样本的过程中，研究团队还注意到，镍同位素的变化可能受到其他地质过程的影响。例如，月球的岩浆作用可能会改变镍的同位素组成，而这些过程与空间天气化可能相互作用，使得镍同位素的变化更加复杂。因此，为了准确区分这些过程的影响，研究团队采用了一种综合分析的方法，结合了元素比值、同位素组成以及地质年代等多方面的数据。

此外，研究团队还指出，镍同位素的变化可能与月球表面的“月壤翻耕”（regolith gardening）过程有关。月壤翻耕是指微陨石撞击将表面物质混合并重新分布的过程，这可能导致月壤中某些元素的富集或贫化。然而，与月壤翻耕相比，蒸发作用可能对镍同位素的变化更为显著，特别是在高镍含量的撞击物中。因此，研究团队认为，镍同位素的变化主要反映了微陨石撞击带来的蒸发作用，而非简单的混合过程。

通过分析嫦娥五号样本中的镍同位素变化，研究团队不仅揭示了月球表面空间天气化过程的影响，还为理解其他无大气行星体的表面改造提供了新的思路。这些研究结果表明，微陨石撞击在月球表面的长期演化中扮演了重要角色，其带来的蒸发作用可能对月球的化学组成产生了深远影响。同时，这些研究还强调了空间天气化过程的持续性，以及其在月球表面改造中的关键作用。

此外，研究团队还指出，镍同位素的变化可能受到其他因素的影响，例如宇宙射线的照射、太阳风的侵蚀以及月球表面的温度变化等。这些因素可能共同作用，使得月壤中的镍同位素变化更加复杂。因此，为了准确解析这些变化，研究团队采用了多种分析方法，包括高精度的同位素测量、元素比值分析以及地质年代测定等。

总的来说，本研究通过分析嫦娥五号任务带回的月壤样本，揭示了微陨石撞击在空间天气化过程中的重要贡献。研究结果表明，月壤中的镍同位素变化主要反映了微陨石撞击带来的蒸发作用，而非简单的混合过程。这一发现不仅为理解月球的演化历史提供了新的视角，也为研究其他无大气行星体的表面改造提供了重要的科学依据。同时，这些研究结果强调了空间天气化过程的持续性，以及其在月球表面改造中的关键作用。