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嫦娥四號探測成果出爐:首份月幔源物質(zhì)初步證據(jù)
原標題:嫦娥四號探測成果出爐:人類首份月球背面幔源物質(zhì)初步證據(jù)
人類近60年來的探月工程揭示,月球表層即月殼以斜長石礦物為主,月殼覆蓋著的月幔則可能更富鎂鐵質(zhì)(富含鐵和鎂)。然而多年來,科學家一直難以探明月幔的詳細結(jié)構(gòu)。
北京時間5月16日凌晨,國際頂級學術期刊《自然》(Nature)在線發(fā)表了一篇來自中國科學家的成果:中國的嫦娥四號月球探測器在月球背面的馮·卡門隕石坑(Von Kármán crater)著陸,并部署了玉兔二號月球車對南極-艾托肯盆地(South Pole-Aitken)進行探測,科學家利用可視-近紅外成像光譜儀(VINS)的光譜初始觀測結(jié)果推斷出,月球表面存在的低鈣輝石和橄欖石礦物可能起源于月球地幔。這也是人類首份月球背面幔源物質(zhì)初步證據(jù)。
中國科學院國家天文臺副臺長、月球與深空探測研究部主任李春來為該論文的第一作者及通訊作者,月球與深空探測研究部任鑫、劉建軍為共同通訊作者。研究工作由中國科學院國家天文臺、中科院上海技術物理研究所空間主動光電技術重點實驗室、中科院地球化學研究所共同完成。中國探月工程首席科學家,被譽為“嫦娥之父”的歐陽自遠院士也是論文的作者之一。
和太陽系很多其他的行星類似,月球被認為經(jīng)歷了巖漿海洋階段,在這個階段,月球大部分或完全處于熔融狀態(tài)。有關月球早期演化的理論認為,月殼由是巖漿洋中較輕的斜長石組分上浮結(jié)晶形成,而如橄欖石、輝石等較重的礦物下沉形成月幔。然而,這一關于月幔組成的推論至今沒有很好地被證實。
月幔的特征,特別是在其組成、結(jié)構(gòu)和層理方面,仍然是不確定的,而且缺乏文獻記載。法國圖盧茲大學-法國國家科學研究中心(CNRS)、天體物理與行星學研究所(IRAP)的Patrick Pinet在撰寫的解讀文章中寫道:令人驚訝的是,美國國家航空航天局(NASA)的阿波羅飛船和蘇聯(lián)的月球探測器都著落在月球近側(cè),但都沒有帶回來自月幔的樣本。
為探究月幔,各國科學家將注意力重點放在了撞擊坑上。一般認為,導致撞擊坑形成的物體可能會穿透月球的殼層,直抵月球內(nèi)部,致使部分月幔物質(zhì)被帶到月球表面。月球上最大、最深、最古老的隕石坑是位于月球背面的南極-艾特肯盆地(South Pole-Aitken basin),直徑2500公里,形成于40多億年前。
NASA此前的GRAIL計劃(任務為精確探測并繪制月球的重力場圖以判斷月球內(nèi)部構(gòu)造)獲得的該撞擊坑大小和地殼厚度的數(shù)據(jù)則表明,它可能是由一次撞擊事件造成的,那次撞擊穿透了月球的月殼和內(nèi)部。因此,探測南極-艾特肯盆地一直是國際科學家們所期待的。
而中國探月工程(CLEP)正是實現(xiàn)世界首次月球背面軟著陸和巡視探測。2018年5月,中國發(fā)射了“鵲橋”中繼衛(wèi)星,該衛(wèi)星是一顆服務嫦娥四號的地月間通信衛(wèi)星,為隨后的月球背面探測和采樣返回鋪平道路。
2019年1月3日,嫦娥四號在南極-艾特肯盆地著陸,成為人類歷史上首個著陸于月球背面的無人探測器。論文中提到,著陸地選擇最主要的考慮在于科學目標、著陸的安全性,為盡可能對月球地幔物質(zhì)取樣,著陸地點選擇在相對平坦的南極-艾特肯盆地內(nèi)的馮?卡門隕石坑(Von Kármán crater,直徑約186公里),并部署了玉兔二號月球車對南極-艾特肯盆地進行探測。
論文中介紹到,嫦娥四號著陸月球的第一天,可視-近紅外成像光譜儀即成功獲取了陸點附近兩個兩個探測點的高質(zhì)量光譜數(shù)據(jù)。研究人員對數(shù)據(jù)分析后發(fā)現(xiàn),他們所獲的光譜數(shù)據(jù)和典型的月球表面物質(zhì)的光譜數(shù)據(jù)存在差異。這也就意味著,著陸點附近檢測到的這些物質(zhì)與從月球表面采集到的大多數(shù)樣品明顯不同。特別地,這些材料含有鎂鐵質(zhì)成分,主要是橄欖石(olivine)和低鈣輝石(LCP)的混合物,高鈣輝石(HCP)的含量則極低。
研究人員據(jù)此推斷,月球表面存在的低鈣輝石和橄欖石礦物可能來自月球的上地幔。
研究人員在論文中還提出,這些物質(zhì)來源于探測點附近的芬森撞擊坑(Finsen impact crater)撞擊事件。芬森坑撞擊事件進一步將南極-艾托肯盆地更深部物質(zhì)挖掘出,產(chǎn)生的濺射物四處拋射,呈輻射線撒布在馮?卡門撞擊坑“平原”上。
芬森撞擊坑是月球背面南部一座較年輕的大撞擊坑,由小天體撞擊南極-艾托肯盆地內(nèi)部表面而形成,直徑72公里,位于著陸點的東北方向。
研究人員最后寫道,除了上述推斷之外,他們的研究結(jié)果還證實了月幔富含橄欖石的推論的正確性。月球地幔富含橄欖石這一預測并不能被排除,月幔可能主要由低鈣輝石和橄欖石組成,而不是僅由低鈣輝石占主要成分、橄欖石極少。
Pinet也表示,“李春來及其同事的研究結(jié)果是令人興奮的,這對于確定月幔的組成具有重要的意義。從更廣泛的意義上說,作者的發(fā)現(xiàn)可能也會影響我們對月球內(nèi)部形成和演化的理解。”
研究人員提到,未來玉兔二號將繼續(xù)觀測馮?卡門隕石坑內(nèi)的月壤,這些寶貴數(shù)據(jù)將有助于我們研究其地質(zhì)起源和元素組成。據(jù)介紹,后續(xù)探測會嘗試將樣品送回地球。
編輯:曾珂
關鍵詞:嫦娥四號探測成果出爐