50多年前，阿波罗16号宇航员从月球表面采集的样本帮助科学家重建了数十亿年的月球历史。
研究小组的发现发表在《陨石与行星科学》杂志上，是基于对一组独特的月球角砾岩的分析，这些角砾岩以前从未被详细研究过。
1972年，宇航员约翰·杨、查尔斯·杜克和肯·马丁利在执行完前往月球笛卡尔高地的任务后，从月球带回了超过95公斤的样本。
在这些样本中有“风化角砾岩”，它是由小行星撞击月球尘埃或风化岩融合成岩石时形成的。一旦融合成岩石，这些角砾岩保存了风化层形成时的地球化学成分，可以仔细分析它们是如何以及何时形成的线索。
自从45亿年前月球形成以来，它与小行星无数次碰撞，形成了独特的、布满陨石坑的外观。在如此广泛的历史中，发生了什么以及何时发生的问题很快变得复杂起来。
来自英国和美国的研究人员使用复杂的分析质谱技术分析了被称为类土角砾岩的更小的芯片样本中所含气体的组成。这些样本是阿波罗16号宇航员从月球表面采集的样本之一，以前从未进行过质谱分析。
马克·诺丁汉博士在曼彻斯特大学工作时领导了这项研究。此后，他加入了格拉斯哥大学地理与地球科学学院。
该论文的主要作者诺丁汉博士说：“质谱法可以识别样品中的分子并量化它们的相对丰度，它可以帮助我们确定样品在月球表面或附近暴露了多长时间。这有助于我们更清楚地了解月球这一特定区域受到影响的历史。”
该团队的研究结果有助于提高科学家对月球表面在20多亿年的时间里是如何被太阳风和小行星猛烈撞击而改变的理解。
诺丁汉博士补充说：“在样本作为风化层在月球表面的时间里，它们暴露在来自太阳的不同数量的太阳风带电粒子中，这些粒子还携带着氩和氙等稀有气体的痕迹——在它们被小行星撞击之前，这些气体在矿物颗粒的外层积累了数百万年。”
“月球的历史也是地球的历史——蚀刻在月球表面和表面下的小行星撞击记录可以帮助我们了解早期太阳系的情况，正是这些情况形成了我们的星球和它最近的邻居。”
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“然而，与地球不同的是，月球的历史被锁在其表面的地质时间胶囊中，不受板块构造或侵蚀的影响，这使我们能够使用质谱等尖端技术来解开它们的秘密。”
这项研究还可以帮助未来的载人登月任务确定有价值的自然资源，以帮助月球基地自我维持。
之前的研究分析了阿波罗16号角砾岩样本中较大碎片中的惰性气体痕迹，帮助研究人员将样本分为两组——“古代”，年龄在38亿到24亿之间，“年轻”，形成于25亿到17亿之间。
美国宇航局为研究人员提供了11个月球样本进行分析。其中9个样本的暴露年龄范围很广，从25亿年前到不到10亿年前不等。这表明它们是由月球土壤组成的，这些土壤来自一个有着不同影响历史的地区，其中一些在太阳风中暴露了数十亿年，而另一些则是在最近的撞击中被挖掘到表面的。
研究小组还发现，其中两个样本的惰性气体浓度要低得多，这表明它们形成的时间要晚得多，可能暴露在太阳风中的时间不到100万年。研究小组认为，形成附近南射线陨石坑的撞击可能是该样本的来源。
诺丁汉博士说：“这项研究首次确定了类土角砾岩是一个独特的类别，有自己的历史可以分享。结合对阿波罗16号回收的古代和年轻岩石的分析，我们可以更全面地了解太阳系早期月球这部分的历史，在最初的10亿年左右，月球表面受到的较大影响让位于20亿年前左右的较弱时期。”
这项研究还有助于为在不久的将来向月球发送未来任务的持续努力提供信息，比如美国宇航局的阿尔忒弥斯计划，该计划计划在月球上建立长期的人类栖息地。
诺丁汉博士说：“在月球上为人类建立长期栖息地的挑战之一是决定我们如何利用等待未来任务的自然资源，这样他们就不必从地球上携带所需的一切。”
“这样的研究增加了我们对在月球风化层中可以找到稀有气体等有用元素以及它们可能有多丰富的认识。
“阿波罗16号半个多世纪前带回的样本仍然有关于月球历史的秘密，而且它们还可以帮助我们在未来几十年探索太阳系，这一点很了不起。”
来自美国宇航局戈达德太空飞行中心、美国天主教大学和伦敦伯克贝克学院的研究人员为这项研究做出了贡献，并且是该论文的共同作者。
