美国日前宣布将逐步打开封存的月球样品，利用新技术手段展开研究。自1969年至1972年，美国先后成功进行了6次载人登月，并带回约382公斤月球样品。借助这些样品，人类对月球有了一个全新的认识。那么，几十年来，我们从月球的样品中得到了哪些信息呢？
日月安属？
月球起源大撞击假说的提出
战国时楚国的诗人屈原在《天问》中写道“日月安属？列星安陈？”向天发问日月从哪里来、日月星辰为什么这样排布？月球的起源，不仅让诗人浮想联翩，也是科学家十分关心的问题。
在1879年，著名生物学家达尔文的第二个儿子、天文学家乔治·达尔文提出，月球是由地球分裂出去的，他认为幼年地球快速地自转和太阳的潮汐作用形成共振，足以将地球甩出去一部分，形成月球。但后来的学者通过计算得出，这种作用不能够把地球的物质抛出去。而在1952年，美国物理学家、诺贝尔化学奖获得者尤雷提出，月球和地球一样，是由太阳系原始的星尘汇聚而成的。随后，又有学者提出共生理论、捕获理论以及新的分裂理论等。但是，这些理论都存在非常大的缺陷，随着对阿波罗计划带回的月球样品的深入研究，逐步被废弃了。
阿波罗计划带回的382公斤的月球样品有很多种，比如斜长岩、玄武岩、橄榄岩等等。这说明，月球是高度演化的，并不是一个混沌的大球。这就否定了尤雷的说法，因为根据他的假设，月球由冷的原始星尘汇聚而成，它不应该有这么大程度的分异。月球起源的关键证据来自于对月球样品化学组成的研究，尤其是氧同位素。
氧是一种非常常见的元素，我们每天都在和它打交道。一个氧原子的原子核里有8个质子，它决定了氧元素的性质，此外还有不同数目的中子，分别为8、9、10个。所以氧元素就有3种不同组成的原子核，分别记作O16、O17和O18，称为氧的三种同位素。在太阳系中，由于不同星体的演化历史不同，它们包含的氧同位素含量的比值和演化趋势是不一样的，所以可以通过测定氧同位素的比值来推测它们是否具有相同的起源。对阿波罗样品的研究表明，地球和月球的岩石具有高度相似的氧同位素组成，这说明它们来自于同一个母体。但地月之间又有不同之处，比如月球的铁含量明显偏低，易挥发组分偏低，而难熔元素又明显偏高。
这些证据促使美国地质学家哈特曼和戴维斯在1975年正式提出大撞击理论。他们认为在地球形成后不久，一个火星大小(直径约1200公里)的小型星体快速与地球相撞，并抛射出约两个月球质量的物质，一部分落回地球，一部分则在地球外凝结，形成了月球。在2000年，这个撞向地球的星体被命名为忒伊亚(希腊神话中月亮女神塞勒涅的母亲)。在它们相撞的时候，地球已经完成了地核和地幔的分化，即地球上的铁元素大多已经下沉到地核中，斜着飞过来的忒伊亚只是撞上了贫铁的地幔，这就是月球铁含量低的原因。而撞出去的岩石几乎都变成了熔体甚至气态，易挥发的元素比如氢、氯等挥发掉了，而难熔的元素，比如钙、铝等则非常富集。地月具有相同来源，所以它们的氧同位素组成一致。地球和月球的成分既有相同，又有不同，从而否定了共生说和捕获说，因为这两个学说要求地月的组成要么完全相同，要么有巨大差异。
明月几时有？
揭开月亮芳龄的奥秘
“明月几时有，把酒问青天”是宋代诗人苏轼的疑问，但显然，他并没有得到答案。不仅苏轼不知道，直到大约一千年后，阿波罗号登月前，人们仍然不知道月球是在什么时候形成的。获取月球的年龄，仍旧要借助阿波罗计划采回的月球样品。
大撞击形成了大量的熔融物质，由它凝结形成的月球几乎也是一个熔融的大石球，科学家称之为岩浆海。后来，随着温度的降低，岩浆海逐渐冷凝结晶，形成晶体。不同的矿物结晶顺序不一样，比如橄榄石和辉石最先结晶，而且比较重，会沉到岩浆海的底部，组成了月幔。后结晶的斜长石比较轻，漂浮在岩浆海的上方，就形成了斜长岩组成的月壳。在月球冷却以后，又遭受了大规模的陨石撞击，斜长岩的月壳被撞出大量的撞击坑。后来，撞击坑被深部来的玄武岩岩浆填充，就成了我们看到的月海，而斜长岩质的月壳就被称为高地。月海的玄武岩呈黑色，反光性差，而高地的斜长岩为浅色，反光性好，这就形成了我们晚上看到的明亮而又有暗斑的月亮。月球年龄的秘密就隐藏在这些岩石之中。
阿波罗11、12、14号降落在月海之中，采回来的大都是玄武岩，年龄一般为30亿-40亿年。最老的玄武岩来自于阿波罗13号，为43亿年。这说明在30亿年前左右，月球的火山活动基本停止了，月表趋于沉寂。
2017年，一项新研究测定了阿波罗14号返回的几块月海玄武岩中锆石的同位素组成。锆石是一种非常稳定的矿物，可以长久地保存形成之初时的信息。科学家发现，根据锆石中放射性同位素的衰变规律，推断月球至少在45.1亿年前的时候就已经形成了。
我们目前发现的太阳系最古老的岩石是一块未分异的球粒陨石，年龄为45.67亿年。如果我们把这个时间作为太阳系形成的时刻，那么月亮至少在太阳系形成约5000万年后就已经存在了。
根据阿波罗计划返回的样品以及其他的研究手段，我们可以勾勒出月亮早期的历史：大约46亿年前，太阳系开始形成，太阳周围有大量的碎屑块体，也开始慢慢集结，形成大的行星；大约在45.5亿年前的时候，原始地球已经成型，而且温度很高，内部地核和地幔开始分化，铁等较重的元素下沉形成地核；又过了几千万年，一个叫忒伊亚的星体高速撞上地球，激起了大量物质抛洒到地球周围，与忒伊亚星体凝结形成了月球，这个时间可能在45.3亿年前左右，之后月球的岩浆海逐渐分异出自己的月核、月幔和月壳。在40亿-38亿年前，月球遭受了大量撞击，表面形成了无数大大小小的撞击坑，并被后来上涌的岩浆填充，形成暗色的月海。撞击较轻的地方仍旧是明亮的高地。在30亿年前左右，撞击减少，月球的岩浆、构造活动也基本停止，月球的面貌就固定了下来。
现在，我们可以回答苏轼的疑问了：大约在45亿年以前，月亮就已经存在了，而在30亿年前左右，它的面貌就基本固定下来了，从而让古代的中国人根据月亮上的图案想像出嫦娥、玉兔和桂树的故事。
他山之石，可以攻玉
借助月岩研究地球早期环境
对地球的形成和演化的探索一直是地质学研究的难点，因为地球上存在活跃的板块运动和风化作用，古老的岩石基本上荡然无存了。我们已知的最古老的地球物质是来自于澳大利亚的一块锆石，年龄为44亿年。仅凭这一块锆石，我们很难获取幼年地球更多的信息。最古老的岩石在加拿大，年龄大约为40亿年。但是它经历了很多期的地质运动，原始信息大都被改造掉了。所以，研究地球早期的环境就要靠月球了。
从月球的岩石分析中，我们知道地球至少在45亿年以前就已经形成了，而且完成了地核和地幔的分化。并且大撞击事件形成了月球的岩浆海，那么地球上也应该有岩浆海，只不过地球岩浆海的证据被地球上的地质活动抹掉了。
更巧合的是，在今年1月份发表的一项研究中，瑞典、澳大利亚和美国的科学家发现，在一块阿波罗14号带回的样品中(编号14321)，包含了一块白色的岩块，只有三四厘米，包含了钾长石、石英和锆石。对这块特殊岩块的研究发现，如果它在月球形成，深度就应该在月表170公里之下。而与它相连的14321号样品其他部分形成深度不到70公里，这是矛盾的。另外，这个小岩块形成的温度较低，需要比较氧化的环境，这些都与14321号样品其他部分形成于高温、极度还原的环境是不符的。而从化学组成方面，它又和地球的物质非常像。所以，科学家推测它可能形成于地球上，深度大约20公里，温度约800℃，年龄大约40亿年。后来，它被一次巨大的撞击送出了地外，最终落在了月球上，又被阿波罗飞船带回地球。尤其可贵的是，这块样品很好地保留了地球形成之初的信息，为我们打开了一个认识早期地球组成的窗口。
2020年，中国将发射“嫦娥五号”，从月球上采样2千克月岩回到地球，不仅包括土壤，还有岩石，甚至还有钻探获取的岩芯。这必将给月球样品研究带来新的热潮，也一定会揭开更多有关月球的奥秘。（贾斌）
