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    光明日报 2023年01月18日 星期三

    嫦娥五号月壤研究揭开月球更多奥秘

    作者:本报记者 陈海波 《光明日报》( 2023年01月18日 08版)

        嫦娥五号月壤揭示太阳风为月球带来可利用的水,这张示意图显示了来自太阳表面的高速氢离子注入月球表面并富集在月壤颗粒表层。新华社发(中国科学院地质与地球物理研究所供图)

      我们对月球的认识,又有了新突破!

      记者从日前召开的第一届嫦娥五号月球样品研究成果研讨会上获悉,嫦娥五号月球样品研究取得系列原创性成果。这些成果涉及月壤样品基本特性和新物质、月球火山活动历史及年轻火山活动成因、月球水和挥发分的含量与来源、月球表面陨石撞击和太空风化作用等。

      时间回溯到两年多前。2020年12月17日,嫦娥五号样品舱成功着陆在我国内蒙古四子王旗,带回1731克月球样品,这是我国首次完成地外天体样品采集,也是人类时隔44年后再次带回新的月球样品。为了开展科学研究,我国已五次向国内外科研单位分发共计198份样品。科学家通过对这些样品的研究,不断揭开更多关于月球的秘密。

    揭秘月球年轻火山成因之谜

      2021年,我国科学家通过对嫦娥五号月球样品中玄武岩的研究,证实月球火山活动可以一直持续到20亿年前。这不仅刷新了人类对月球岩浆活动和热演化历史的认知,也提出了新的科学问题——月球火山活动为什么持续如此之久?

      针对这一科学问题,中国科学院地质与地球物理研究所研究团队采用新研发的扫描电镜能谱定量扫描技术,分析了岩屑的全岩主量成分,结合一系列岩浆分离结晶模拟和热力学模拟计算,恢复了嫦娥五号玄武岩和阿波罗低钛玄武岩的初始岩浆成分,限定了不同时期月球火山岩的源区组成,获得了它们熔融的温压条件。研究发现,与古老的阿波罗低钛玄武岩相比,年轻的嫦娥五号玄武岩的初始岩浆含有更高的钙和钛,推测可能因为源区含有更高的岩浆洋晚期形成的单斜辉石-钛铁矿堆晶体,导致月幔熔点降低,诱发年轻火山的形成。

      国家航天局认为,此研究工作量化了月球内部缓慢冷却的热演化过程,为“月球年轻火山成因”这一重要科学问题提供了全新的解释,将深化我们对月球的起源和演化的认识。

    获得月壤玻璃珠年龄

      月壤中含有大量玻璃,它们是了解内太阳系撞击历史的重要研究对象,能够反映月壳物质组成和内太阳系的撞击动力学。

      由中国地质科学院地质研究所、中国地质大学(武汉)、澳大利亚科廷大学和国立大学、布朗大学、曼彻斯特大学、山东省地质科学研究院、瑞典自然历史博物馆、诺特丹大学的学者组成的国际研究团队,对嫦娥五号月壤中的玻璃珠开展了系统的离子探针U-Pb定年,建立撞击溅射物数值模拟等方法,获得嫦娥五号撞击玻璃球粒准确的撞击年龄,并限制了月球上撞击玻璃球粒的传输距离应小于150千米。通过与撞击坑频率年龄对比,初步确定了产生嫦娥五号撞击玻璃球粒的源撞击坑,并分析了撞击玻璃球粒的年龄分布与内太阳系撞击体迁移的动力学过程,表明月球撞击通量变化可能与小行星带动力学过程有关。

      国家航天局介绍,该研究工作首次获得了嫦娥五号月壤中的多组撞击玻璃球粒年龄,并与着陆区撞击坑关联,证实了月球20亿年以来撞击频率随着时间而变化。这意味着地球历史上经历过撞击频率高于平均水平的时期,为地月系统撞击历史研究提供新的方向。

    发现高含量太阳风成因水

      相比于美国阿波罗和苏联月球号在月球低纬度采集月球样品,嫦娥五号所采集的中纬度月球样品,为探究月表水含量和保存机制提供了全新的窗口。

      中国科学院地球化学研究所研究团队对嫦娥五号月壤中的辉石、橄榄石和斜长石矿物开展研究,分析了不同矿物中水的成因、含量与赋存状态,发现嫦娥五号矿物表层中存在大量的太阳风成因水,估算出太阳风质子注入为嫦娥五号月壤贡献的水含量至少为170ppm(即100万分之170)。结合透射电镜与能谱分析,揭示了太阳风成因水的形成和保存主要受矿物的暴露时间、晶体结构和成分等影响。

      “此工作证实了月表矿物是水的重要‘储库’,为月表中纬度地区水的分布提供了重要参考。”国家航天局表示。

    发现月壤成分和新矿物

      科学家很好奇,嫦娥五号月球样品是否可以代表着落区玄武岩的平均化学成分?这些月壤中,是否有我们还未发现过的新物质?

      中国地质大学(武汉)研究团队针对月壤样品建立一种新的分析技术,在最低2毫克样品极低损耗量情况下,同时准确测定了月壤中48种主量和微量元素含量。通过多次分析研究表明,嫦娥五号铲取的月壤很均匀,可以代表着落区玄武岩的平均化学成分。而且,通过与美国和苏联的月球样品的对比,科学家发现嫦娥五号样品在化学成分上富铁、中钛、富钍。此外,镍含量远高于玄武岩,这表明有陨石加入。根据镍含量估算,有1%左右的陨石物质加入月壤中。

      除了揭晓月壤成分特征,科学家还发现了一种从未见过的全新矿物质——“嫦娥石”。

      核工业北京地质研究院通过对嫦娥五号月球样品进行详细研究,发现了一种全新的矿物质,并将其命名为“嫦娥石”。这是人类在月球上发现的第六种新矿物,我国成为世界上第三个在月球发现新矿物的国家。

      国家航天局指出,这项发现增添了矿物族新成员,特别是外星体矿物新成员,为月球、行星科学研究提供了新的科学数据,具有重大科学意义。而且,通过对“嫦娥石”形成条件的研究,可以为分析月球岩浆演化提供线索。

      据国家航天局介绍,除上述代表性成果外,嫦娥五号月球样品相关研究已有50多项成果在国内外重要学术期刊发表,推动我国月球科学研究进入国际前沿。

      (本报北京1月17日电 本报记者 陈海波)

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