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嫦娥四号交出首批探测成果 证实月幔富含橄榄石

2019-05-18 05:25:50   来源:科技生活在线   评论:0   [收藏]   [评论]
导读:小编按:研究人员提到,未来玉兔二号将继续观测冯卡门陨石坑内的月壤,这些宝贵数据将有助于我们研究其地质起源和元素组成。据介绍,后续探测会尝试将样品送回地球。

  人类近60年来的探月工程揭示,月球表层即月壳以斜长石矿物为主,月壳覆盖着的月幔则可能更富镁铁质(富含铁和镁)。然而多年来,科学家一直难以探明月幔的详细结构。

  北京时间5月16日凌晨,国际顶级学术期刊《自然》(Nature)在线发表了一篇来自中国科学家的成果:中国的嫦娥四号月球探测器在月球背面的冯卡门陨石坑(Von Kármán crater)着陆,并部署了玉兔二号月球车对南极-艾特肯盆地(South Pole-Aitken)进行探测,科学家利用可视-近红外成像光谱仪(VINS)的光谱初始观测结果推断出,月球表面存在的低钙辉石和橄榄石矿物可能起源于月球地幔。这也是人类首份月球背面幔源物质初步证据。

  中国科学院国家天文台副台长、月球与深空探测研究部主任李春来为该论文的第一作者及通讯作者,月球与深空探测研究部任鑫、刘建军为共同通讯作者。研究工作由中国科学院国家天文台、中科院上海技术物理研究所空间主动光电技术重点实验室、中科院地球化学研究所共同完成。中国探月工程首席科学家,被誉为“嫦娥之父”的欧阳自远院士也是论文的作者之一。

  和太阳系很多其他的行星类似,月球被认为经历了岩浆海洋阶段,在这个阶段,月球大部分或完全处于熔融状态。有关月球早期演化的理论认为,月壳由是岩浆洋中较轻的斜长石组分上浮结晶形成,而如橄榄石、辉石等较重的矿物下沉形成月幔。然而,这一关于月幔组成的推论至今没有很好地被证实。

  月幔的特征,特别是在其组成、结构和层理方面,仍然是不确定的,而且缺乏文献记载。法国图卢兹大学-法国国家科学研究中心(CNRS)、天体物理与行星学研究所(IRAP)的Patrick Pinet在撰写的解读文章中写道:令人惊讶的是,美国国家航空航天局(NASA)的阿波罗飞船和苏联的月球探测器都着落在月球近侧,但都没有带回来自月幔的样本。

  为探究月幔,各国科学家将注意力重点放在了撞击坑上。一般认为,导致撞击坑形成的物体可能会穿透月球的壳层,直抵月球内部,致使部分月幔物质被带到月球表面。月球上最大、最深、最古老的陨石坑是位于月球背面的南极-艾特肯盆地(South Pole-Aitken basin),直径2500公里,形成于40多亿年前。

  NASA此前的GRAIL计划(任务为精确探测并绘制月球的重力场图以判断月球内部构造)获得的该撞击坑大小和地壳厚度的数据则表明,它可能是由一次撞击事件造成的,那次撞击穿透了月球的月壳和内部。因此,探测南极-艾特肯盆地一直是国际科学家们所期待的。

  而中国探月工程(CLEP)正是实现世界首次月球背面软着陆和巡视探测。2018年5月,中国发射了“鹊桥”中继卫星,该卫星是一颗服务嫦娥四号的地月间通信卫星,为随后的月球背面探测和采样返回铺平道路。

  2019年1月3日,嫦娥四号在南极-艾特肯盆地着陆,成为人类历史上首个着陆于月球背面的无人探测器。论文中提到,着陆地选择最主要的考虑在于科学目标、着陆的安全性,为尽可能对月球地幔物质取样,着陆地点选择在相对平坦的南极-艾特肯盆地内的冯卡门陨石坑(Von Kármán crater,直径约186公里),并部署了玉兔二号月球车对南极-艾特肯盆地进行探测。

  论文中介绍到,嫦娥四号着陆月球的第一天,可视-近红外成像光谱仪即成功获取了陆点附近两个探测点的高质量光谱数据。研究人员对数据分析后发现,他们所获的光谱数据和典型的月球表面物质的光谱数据存在差异。这也就意味着,着陆点附近检测到的这些物质与从月球表面采集到的大多数样品明显不同。特别地,这些材料含有镁铁质成分,主要是橄榄石(olivine)和低钙辉石(LCP)的混合物,高钙辉石(HCP)的含量则极低。

  研究人员据此推断,月球表面存在的低钙辉石和橄榄石矿物可能来自月球的上地幔。

  研究人员在论文中还提出,这些物质来源于探测点附近的芬森撞击坑(Finsen impact crater)撞击事件。芬森坑撞击事件进一步将南极-艾特肯盆地更深部物质挖掘出,产生的溅射物四处抛射,呈辐射线撒布在冯卡门撞击坑“平原”上。

  芬森撞击坑是月球背面南部一座较年轻的大撞击坑,由小天体撞击南极-艾特肯盆地内部表面而形成,直径72公里,位于着陆点的东北方向。

  研究人员最后写道,除了上述推断之外,他们的研究结果还证实了月幔富含橄榄石的推论的正确性。月球地幔富含橄榄石这一预测并不能被排除,月幔可能主要由低钙辉石和橄榄石组成,而不是仅由低钙辉石占主要成分、橄榄石极少。

  Pinet也表示,“李春来及其同事的研究结果是令人兴奋的,这对于确定月幔的组成具有重要的意义。从更广泛的意义上说,作者的发现可能也会影响我们对月球内部形成和演化的理解。”

  研究人员提到,未来玉兔二号将继续观测冯卡门陨石坑内的月壤,这些宝贵数据将有助于我们研究其地质起源和元素组成。据介绍,后续探测会尝试将样品送回地球。(澎湃新闻)
 

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  中国科学家基于嫦娥四号数据在月背发现月球深部物质

  中国科学院国家天文台16日发布消息说,该台李春来研究员领导的研究团队利用嫦娥四号就位光谱探测数据,发现并证明月球背面南极-艾特肯盆地(SPA)存在以橄榄石和低钙辉石为主的月球深部物质,这为解答长期困扰中外学者的有关月幔物质组成问题提供了直接证据,也将为完善月球形成与演化模型提供支撑。

  中国科学家在月球探测领域最新完成的这一重大发现及研究成果论文,已于北京时间当天凌晨获国际科学期刊《自然》(Nature)在线发表。

  李春来研究员接受媒体采访时介绍,有关月球早期演化的理论认为,月壳由是岩浆洋中较轻的斜长石组分上浮结晶形成,而如橄榄石、辉石等较重的矿物下沉形成月幔。然而,这一关于月幔组成的推论至今没有很好地被证实。一方面,美国阿波罗任务和前苏联月球任务返回的月球样品中没有发现与月幔准确物质组成有关的直接证据。另一方面,最有可能撞穿月壳的月球背面SPA盆地内,此前并未发现月幔指示矿物——橄榄石的大量出露的证据。

  为揭开月球深部物质成分神秘面纱,嫦娥四号踏上探索月球背面SPA盆地、为月球起源演化研究提供新数据的征程。2019年初,嫦娥四号探测器“定点、定时、精确”地着陆在月球背面预选着陆区冯·卡门坑内,其后与着陆器分离的巡视器“玉兔2号”月球车所携红外成像光谱仪,成功获取了着陆区两个探测点高质量光谱数据。

  中科院国家天文台和红外成像光谱仪研制单位中科院上海技术物理研究所组成的研究团队通过对光谱数据的分析发现,嫦娥四号着陆区月壤光谱的吸收特征与嫦娥三号获得的月球正面月海玄武岩质月壤存在显著差异,展现出低钙辉石的光谱特征,并暗示有大量橄榄石的存在。研究团队进一步的分析证实,嫦娥四号着陆区月壤物质中橄榄石相对含量最高,低钙辉石次之,仅含有很少量的高钙辉石,这种矿物组合很可能代表了源于月幔的深部物质。

  李春来指出,值得注意的是,嫦娥四号号探测器着陆点位于SPA盆地内的冯·卡门撞击坑内部,早期研究结果表明其表面被后续喷发的玄武岩所填充,那么这些不同于玄武岩的深部物质又是如何分布在着陆区域内的呢?

  研究团队对覆盖着陆区域的高分辨率遥感图像数据和高光谱数据进行分析,结果显示,嫦娥四号着陆器和月球车位于玄武岩“平原”的撞击溅射物上,这些溅射物来自东北方向的芬森(FINSEN)撞击坑。芬森坑是由小天体撞击SPA盆地内部表面而形成,而SPA盆地40多亿年前形成时已将月壳减薄或完全剥离,芬森犹如在SPA表面打的一口“深钻”一般,进一步将SPA盆地表面以下月球更深部物质挖掘出,产生的溅射物四处抛射,呈辐射线撒布在冯·卡门撞击坑“平原”上。研究团队由此确认,嫦娥四号月球车红外成像光谱仪探测分析到的对象,是芬森撞击坑挖掘、抛射到冯·卡门撞击坑表面的月幔物质。

  李春来表示,基于嫦娥四号探测数据的上述最新研究成果,初步揭示了月球背面SPA深部物质的组成,也证实了科学界对月幔富含橄榄石的推论,加深了人类对月球乃至类地行星形成与演化的认识。(中国新闻网)

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