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      嫦娥四號月球背面重大成果:發現月幔源物質初步證據

              【每日科技網】

        來源:知社學術圈

        到月球背面去,到美國人不曾涉足的地方去!北京時間2019年5月16日凌晨,美東時間5月15日下午,Nature雜志在線發表我國探月工程的一項重大發現。

        中國科學院國家天文臺李春來研究員領導的研究團隊利用嫦娥四號就位光譜探測數據,證明月球背面南極-艾特肯盆地(SPA)存在以橄欖石和低鈣輝石為主的深部物質,為解答長期困擾學界的月幔物質組成問題提供了直接的實驗證據,為完善月球形成與演化模型提供了有力的支撐。這篇題為Chang’E-4 initial spectroscopic identification of lunar far-side mantle-derived materials的研究論文,由國家天文臺、中科院上海技術物理所、和中科院地球化學所三家單位共同完成,中國月球探測工程首席科學家,被譽為“嫦娥之父”的歐陽自遠院士也是作者之一。

        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理論至今沒有很好地被證實。無論是美國的阿波羅任務還是前蘇聯的月球任務,所返回的月球樣品均沒有發現月幔準確物質組成的直接證據。后來,人們意識到隕石撞擊月球所形成的環形山,猶如一口鉆井,可能因為隕石撞穿月殼從而暴露月幔的物質成分。這其中最有希望的,顯然是位于月球背面的南極-艾特肯盆地(SPA),月球上的、也是最古老的隕石坑,直徑高達2500公里。可是此前的探月飛行器也沒有發現月幔指示礦物—橄欖石的大量出露的證據。顯然,要證明富橄欖石的月幔假說,我們需要登陸月球背面。

        2019年1月3日,中國嫦娥四號(CE-4)探測器“定點、定時、”地著陸在月球背面預選著陸區馮卡門坑內。這是人類探測器成功登陸月球背面。這個著陸選址很有講究,如上圖所示,位于SPA的馮卡門隕石坑,月面相對平緩,既便于著陸,又可能探測到月幔物質。更重要的是,其不遠處,還有一個小隕石坑Finsen,其被撞擊噴出的物質,可能散落到這里。后來的數據表明,這是極其關鍵的一點。

        1月3日巡視器(玉兔2號)與著陸器分離,其上攜帶的紅外成像光譜儀(VNIS)成功獲取了如上圖所示著陸區兩個探測點高質量光譜數據。國家天文臺和儀器研制單位中科院上海技術物理所組成的研究團隊通過對光譜數據的分析發現,CE-4著陸區月壤光譜的吸收特征與月球正面月海玄武巖質月壤光譜的吸收特征存在著顯著差異,展現出低鈣輝石的光譜特征,并暗示有大量橄欖石的存在,如下圖所示。進一步的分析證實,CE-4著陸區月壤物質中橄欖石相對含量,低鈣輝石次之,僅含有很少量的高鈣輝石。這種礦物組合很可能代表了源于月幔的深部物質。

        前面已經提到,CE-4號探測器的著陸點位于SPA盆地內的馮卡門撞擊坑內部。早期研究結果表明其表面被后續噴發的玄武巖所填充。對覆蓋著陸區域的高分辨率遙感圖像數據和高光譜數據的分析結果顯示,著陸器和月球車位于玄武巖“平原”的撞擊濺射物上,這些濺射物來自東北方向的芬森(FINSEN)撞擊坑,如下圖所示。40多億年前SPA盆地形成時已將月殼減薄或完全剝離。FINSEN坑是由小天體撞擊SPA盆地內部表面而形成,其猶如在SPA表面打的一口“深鉆”一般,進一步將SPA盆地表面以下月球更深部物質挖掘出,產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。因此,CE-4 VNIS分析到的對象是FINSEN撞擊坑挖掘、拋射到馮·卡門撞擊坑表面的月幔物質。

        嫦娥四號探測器實現了人類歷史上對月球背面的軟著陸就位探測。基于探測數據的研究結果成功揭示了月球背面的物質組成,證實了月幔富含橄欖石的推論的正確性,加深了人類對月球形成與演化的認識。據介紹,后續探測會嘗試將樣品送回地球。

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