空间中心等在月球背面发现“天外来客”

2021-11-30 09:56 来源:环球网 阅读数:273

中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室研究员刘洋团队基于“嫦娥四号”巡视器获取的具有超高空间分辨率的影像与光谱数据,首次在月表原位识别出年龄在1个百万年以内的碳质球粒陨石撞击体残留物。 先前研究在“阿波罗样品”中发现了碳质球粒陨石碎片,但从未在月球表面通过遥感探测直接观测到碳质球粒陨石的撞击残留物。

刘洋团队的发现表明,富含挥发分的碳质小行星的撞击或仍为现在的月球提供水源。同时,研究显示,比较年轻的月表物质(如“嫦娥五号”返回样品)中存在撞击体残留物的可能性。而对这些可能存在于“嫦娥五号”样品中撞击体残留物的直接分析,将对地月系统撞击体成分和类型的演变历史提供重要参考,并有望对太阳系轨道动力学演化进行进一步约束,增进关于内太阳系撞击历史的了解。近日,相关研究成果发表在

Nature Astronomy(《自然-天文》)上。

“嫦娥四号”探测器于2019年1月成功着陆于月球背面南极-艾肯盆地的冯·卡门撞击坑中,其搭载的“玉兔二号”巡视器随后对月表开展了持续的巡视探测。“玉兔二号”装备的全景相机和可见-近红外成像光谱仪,可以获取超高分辨率的月表影像与高光谱数据(

为了进一步确认上述分析结果,刘洋团队对该撞击坑进行了详尽的形貌分析(图3)。基于“玉兔二号”全景相机获取的立体影像对,科研人员采用摄影测量方法,构建了覆盖该小撞击坑及附近区域的高精度数字高程模型(DEM)。研究对四个不同方向的高程剖面分析显示,当包含中央凹陷时该撞击坑的深度-直径比值在1:5左右,去除中央凹陷后的深度-直径比值在1:10左右。这比该区域的二次撞击坑的深度-直径比(1:17左右)要高很多,表明该撞击坑应该属于一次撞击坑,而非原始撞击产生的溅射体再次撞击月表形成的二次撞击坑。为了进一步对上述研究结果进行限定,刘洋团队利用数值模拟技术对该撞击坑开展研究。结果显示,一个直径15 cm的疏松撞击体以15 km/s的速度(月表的典型撞击体速度)撞击月表可以形成上述观测到的小撞击坑形貌特征,并有残留物分布于撞击坑中心。分析结果表明,该撞击坑可能是一个小型碳质陨石撞击后形成。

撞击输运过程被认为是月球表面水及永久阴影区水冰的主要贡献者之一,而碳质小行星是小天体中相对比较富含水及挥发分的一类(图4),在撞击过程中其携带的水可能有部分得以保留在月表。此前在地面进行的高速撞击模拟实验研究发现,撞击体中可能有达30 wt.%的水得以保留在撞击熔体或残留物中。基于撞击坑退化模型,刘洋团队对该撞击坑的形成年龄进行估算,结果表明该撞击坑应该形成于距今一百万年以内。这对碳质撞击残留物的直接观测结果表明,相似的碳质陨石残留物可能在月表非常普遍,在“嫦娥五号”从月表一个相对年轻的玄武岩单元里采集返回的样品中将有很大概率发现类似的撞击残留物。届时,结合主微量元素与同位素年代学分析,将可以对撞击体成分与类型演变进行更好的限定。未来,利用更高空间分辨率的遥测光谱数据,将有可能在月表更多地方发现类似的撞击残留物分布,从而进一步加深对月球水的来源与分布的认识。

美国夏威夷大学、澳门科技大学、北京大学和香港理工大学等的科研人员参与该研究。研究工作得到国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项、民用航天领域预先研究及中国博士后科学基金会特别资助等的支持。

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