早期太陽系中，小行星和彗星像“快遞員”一樣，持續(xù)向類地行星輸送有機(jī)質(zhì)，以及碳、氮、氧、磷、硫等與生命化學(xué)密切相關(guān)的元素。這些外源物質(zhì)可能為早期地球提供了部分可供生命起源和演化利用的化學(xué)原料。然而，地球長期經(jīng)歷活躍的地質(zhì)演化和生命活動，相關(guān)早期記錄已難以保存。相比之下，地質(zhì)活動相對較弱的月球如同一枚“時間膠囊”，更可能保存地外有機(jī)質(zhì)的輸入及其后續(xù)演化信息。

由我所郝佳龍正高級工程師聯(lián)合新墨西哥大學(xué)、長沙理工大學(xué)等單位科研人員完成的一項研究，首次在嫦娥五號和嫦娥六號返回月壤顆粒表面系統(tǒng)識別出多種含氮有機(jī)質(zhì)，并揭示其經(jīng)歷了“外源遞送—撞擊改造—太陽風(fēng)持續(xù)加工”的演化過程。研究表明，月球不僅記錄了小行星和彗星向內(nèi)太陽系輸送有機(jī)質(zhì)的歷史，也保存了這些有機(jī)物在無大氣天體表面進(jìn)一步被撞擊和輻照改造的證據(jù)。相關(guān)論文于北京時間2026年4月9日發(fā)表。

過去，科學(xué)界雖已在阿波羅月壤中發(fā)現(xiàn)碳和氮，但對月壤中是否存在含氮有機(jī)質(zhì)，以及它們的具體形態(tài)、成因和保存機(jī)制，仍缺乏系統(tǒng)認(rèn)識。本項研究中，科研人員選取嫦娥五號和嫦娥六號月壤顆粒，利用多種顯微和譜學(xué)技術(shù)開展關(guān)聯(lián)分析，系統(tǒng)追蹤有機(jī)質(zhì)的形態(tài)、化學(xué)鍵與官能團(tuán)特征以及穩(wěn)定同位素組成。

圖1嫦娥六號（A-B）和嫦娥五號（C-D）月壤中的代表性有機(jī)質(zhì)。掃描電鏡二次電子像疊加碳元素能譜圖。

論文第一作者、地質(zhì)地球所博士生董明潭表示，研究結(jié)果顯示，月壤表面有機(jī)質(zhì)主要以亞微米至微米尺度的顆粒狀、附著狀和包裹體狀三類形態(tài)出現(xiàn)（圖1），內(nèi)部往往含有月壤常見無機(jī)礦物顆粒；其化學(xué)組成以碳、氮、氧為主，整體呈無定形結(jié)構(gòu)特征，部分樣品中還識別出酰胺官能團(tuán)特征。這說明，這些有機(jī)質(zhì)并非簡單的石墨化碳，而是經(jīng)歷了更復(fù)雜的化學(xué)重組過程。研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，這些月球有機(jī)質(zhì)的氫、碳、氮同位素整體上比碳質(zhì)球粒隕石和小行星樣品中已報道的有機(jī)質(zhì)更“輕”，與撞擊誘發(fā)的蒸發(fā)—冷凝和再沉積過程相符。這表明，小行星、彗星等外源天體撞擊月球時，不僅將外源有機(jī)物輸送到月球表面，還可能促使其分解、揮發(fā)、遷移，并在礦物表面冷凝形成新的含氮、含氧結(jié)構(gòu)（圖2）。

圖2月壤中有機(jī)質(zhì)形成和演化示意圖

研究團(tuán)隊還首次在月球有機(jī)質(zhì)中識別出太陽風(fēng)注入信號。納米二次離子探針深度剖面顯示，部分附著狀有機(jī)質(zhì)在靠近表面的區(qū)域具有明顯的氫同位素和氫碳比變化特征，說明其在形成或沉積后曾長期暴露于月表，持續(xù)接受太陽風(fēng)輻照。論文通訊作者、地質(zhì)地球所納米離子探針實驗室郝佳龍正高級工程師指出，太陽風(fēng)注入特征是太陽風(fēng)粒子注入并改造月表物質(zhì)后留下的特殊信號，像“指紋”一樣，進(jìn)一步排除了這些有機(jī)質(zhì)來自地球污染的可能。

研究人員表示，這項成果還為我國后續(xù)深空采樣返回任務(wù)提供了重要的技術(shù)支撐和科學(xué)錨點。在技術(shù)層面，研究建立的面向微區(qū)有機(jī)質(zhì)識別與演化解析的技術(shù)路線，有望服務(wù)于天問二號小行星采樣返回樣品中有機(jī)質(zhì)和揮發(fā)分的識別與解譯；在科學(xué)層面，研究揭示了月壤有機(jī)質(zhì)從外源輸入、撞擊重構(gòu)到空間風(fēng)化的連續(xù)演化過程，為理解小天體物質(zhì)演化及太陽系早期有機(jī)質(zhì)輸送歷史提供了新的研究基礎(chǔ)。

相關(guān)論文信息：

DOI：10.1126/sciadv.aed4951