中科院團隊基於“嫦娥四號”數據在月球背面發現“天外來客”

2021年12月01日15:23

原標題:中科院團隊基於“嫦娥四號”數據在月球背面發現“天外來客”

中新網北京12月1日電 (記者 孫自法)記者12月1日從中國科學院國家空間科學中心獲悉,該中心空間天氣學國家重點實驗室劉洋研究員團隊基於“嫦娥四號”巡視器獲取的具有超高空間解像度的影像與光譜數據,首次在月表原位識別出年齡在100萬年以內的碳質球粒隕石撞擊體殘留物。

  中科院團隊這一被形象稱為在月球背面發現“天外來客”的相關研究成果論文,近日在國際專業學術期刊《自然-天文》發表。美國夏威夷大學、澳門科技大學、北京大學和香港理工大學等科研人員參與該研究。

撞擊殘留物光譜與“阿波羅”月球玻璃及碳質球粒隕石光譜的對比。 中科院國家空間科學中心 供圖
撞擊殘留物光譜與“阿波羅”月球玻璃及碳質球粒隕石光譜的對比。 中科院國家空間科學中心 供圖

  劉洋研究員介紹說,“嫦娥四號”探測器於2019年1月成功著陸於月球背面南極-艾肯盆地的馮·卡門撞擊坑中,其搭載的“玉兔二號”巡視器隨後對月表持續開展巡視探測。“玉兔二號”裝備的全景相機和可見-近紅外成像光譜儀,可獲取超高解像度的月表影像與高光譜數據。在月表巡視過程中,“玉兔二號”發現一個小的新鮮撞擊坑,並在第9月晝的時候對該撞擊坑進行詳細的光譜探測。基於全景相機近距離獲取的撞擊坑影像,研究團隊發現撞擊坑中心存在一些與坑壁及坑外月壤明顯不同的物質。

  進一步對成像光譜儀獲取的高光譜影像數據分析發現,撞擊坑中心的疑似“殘留物”與坑內及坑外的典型月壤、岩石碎塊的光譜呈現明顯不同的特徵。通常情況下,月表岩石或月壤的反射光譜會呈現出“紅化”的特徵,且月表發生的太空風化作用一般會進一步加劇這種紅化特徵,而此次發現的新鮮撞擊坑中心疑似殘留物的光譜卻呈現出“藍化”的特徵。

  劉洋表示,研究團隊由此推測,這可能存在某種具有藍化光譜特徵的外來撞擊體物質混入其中。根據小行星中只有碳質小行星的光譜存在藍化特徵,研究團隊又蒐集大量碳質球粒隕石的光譜,經過仔細對比後發現,該殘留物確實與碳質隕石光譜具有很高的相似度。

  為進一步確認“天外來客”分析結果,研究團隊對該撞擊坑進行詳盡形貌分析表明,它應該屬於一次撞擊坑,而非原始撞擊產生的濺射體再次撞擊月表形成的二次撞擊坑。隨後利用數值模擬技術研究分析,結果表明該撞擊坑可能是一個小型碳質隕石撞擊後形成。

目標撞擊坑的數字高程模型(DEM)及基於iSALE的數值撞擊模擬結果。 中科院國家空間科學中心 供圖
目標撞擊坑的數字高程模型(DEM)及基於iSALE的數值撞擊模擬結果。 中科院國家空間科學中心 供圖

  劉洋指出,撞擊輸運過程被認為是月球表面水及永久陰影區水冰的主要貢獻者之一,而碳質小行星是小天體中相對比較富含水及揮發分的一類,在撞擊過程中其攜帶的水可能有部分得以保留在月表。基於撞擊坑退化模型,研究團隊對該撞擊坑的形成年齡進行估算顯示,該撞擊坑應該形成於距今100萬年以內。

  他認為,最新研究對碳質撞擊殘留物的直接觀測結果表明,相似的碳質隕石殘留物可能在月表非常普遍,在“嫦娥五號”從月表一個相對年輕的玄武岩單元里採集返回的樣品中,將有很大概率發現類似的撞擊殘留物。而對這些可能存在於“嫦娥五號”樣品中撞擊體殘留物的直接分析,將對地月系統撞擊體成分和類型的演變曆史提供重要參考,並有望增進對太陽系軌道動力學演化、太陽系內撞擊曆史的瞭解。

月球水的可能來源(圖片源自:LPI/David A. Kring)。 中科院國家空間科學中心 供圖
月球水的可能來源(圖片源自:LPI/David A. Kring)。 中科院國家空間科學中心 供圖

  中科院國家空間科學中心稱,先前研究在“阿波羅樣品”中發現碳質球粒隕石碎片,但從未在月球表面通過遙感探測直接觀測到碳質球粒隕石的撞擊殘留物。劉洋團隊此次研究發現表明,富含揮發分的碳質小行星的撞擊或仍為現在的月球提供水源。未來,利用更高空間解像度的遙測光譜數據,將有可能在月表更多地方發現類似的撞擊殘留物分佈,從而進一步加深對月球水的來源與分佈的認識。(完)

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