空間中心等在月球背面發(fā)現(xiàn)“天外來客”
中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心空間天氣學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員劉洋團(tuán)隊(duì)基于“嫦娥四號”巡視器獲取的具有超高空間分辨率的影像與光譜數(shù)據(jù),首次在月表原位識別出年齡在1個(gè)百萬年以內(nèi)的碳質(zhì)球粒隕石撞擊體殘留物。 先前研究在“阿波羅樣品”中發(fā)現(xiàn)了碳質(zhì)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(zhì)球粒隕石的撞擊殘留物。
劉洋團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)表明,富含揮發(fā)分的碳質(zhì)小行星的撞擊或仍為現(xiàn)在的月球提供水源。同時(shí),研究顯示,比較年輕的月表物質(zhì)(如“嫦娥五號”返回樣品)中存在撞擊體殘留物的可能性。而對這些可能存在于“嫦娥五號”樣品中撞擊體殘留物的直接分析,將對地月系統(tǒng)撞擊體成分和類型的演變歷史提供重要參考,并有望對太陽系軌道動力學(xué)演化進(jìn)行進(jìn)一步約束,增進(jìn)關(guān)于內(nèi)太陽系撞擊歷史的了解。近日,相關(guān)研究成果發(fā)表在
Nature Astronomy(《自然-天文》)上。
“嫦娥四號”探測器于2019年1月成功著陸于月球背面南極-艾肯盆地的馮·卡門撞擊坑中,其搭載的“玉兔二號”巡視器隨后對月表開展了持續(xù)的巡視探測?!坝裢枚枴毖b備的全景相機(jī)和可見-近紅外成像光譜儀,可以獲取超高分辨率的月表影像與高光譜數(shù)據(jù)(
為了進(jìn)一步確認(rèn)上述分析結(jié)果,劉洋團(tuán)隊(duì)對該撞擊坑進(jìn)行了詳盡的形貌分析(圖3)。基于“玉兔二號”全景相機(jī)獲取的立體影像對,科研人員采用攝影測量方法,構(gòu)建了覆蓋該小撞擊坑及附近區(qū)域的高精度數(shù)字高程模型(DEM)。研究對四個(gè)不同方向的高程剖面分析顯示,當(dāng)包含中央凹陷時(shí)該撞擊坑的深度-直徑比值在1:5左右,去除中央凹陷后的深度-直徑比值在1:10左右。這比該區(qū)域的二次撞擊坑的深度-直徑比(1:17左右)要高很多,表明該撞擊坑應(yīng)該屬于一次撞擊坑,而非原始撞擊產(chǎn)生的濺射體再次撞擊月表形成的二次撞擊坑。為了進(jìn)一步對上述研究結(jié)果進(jìn)行限定,劉洋團(tuán)隊(duì)利用數(shù)值模擬技術(shù)對該撞擊坑開展研究。結(jié)果顯示,一個(gè)直徑15 cm的疏松撞擊體以15 km/s的速度(月表的典型撞擊體速度)撞擊月表可以形成上述觀測到的小撞擊坑形貌特征,并有殘留物分布于撞擊坑中心。分析結(jié)果表明,該撞擊坑可能是一個(gè)小型碳質(zhì)隕石撞擊后形成。
撞擊輸運(yùn)過程被認(rèn)為是月球表面水及永久陰影區(qū)水冰的主要貢獻(xiàn)者之一,而碳質(zhì)小行星是小天體中相對比較富含水及揮發(fā)分的一類(圖4),在撞擊過程中其攜帶的水可能有部分得以保留在月表。此前在地面進(jìn)行的高速撞擊模擬實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),撞擊體中可能有達(dá)30 wt.%的水得以保留在撞擊熔體或殘留物中。基于撞擊坑退化模型,劉洋團(tuán)隊(duì)對該撞擊坑的形成年齡進(jìn)行估算,結(jié)果表明該撞擊坑應(yīng)該形成于距今一百萬年以內(nèi)。這對碳質(zhì)撞擊殘留物的直接觀測結(jié)果表明,相似的碳質(zhì)隕石殘留物可能在月表非常普遍,在“嫦娥五號”從月表一個(gè)相對年輕的玄武巖單元里采集返回的樣品中將有很大概率發(fā)現(xiàn)類似的撞擊殘留物。屆時(shí),結(jié)合主微量元素與同位素年代學(xué)分析,將可以對撞擊體成分與類型演變進(jìn)行更好的限定。未來,利用更高空間分辨率的遙測光譜數(shù)據(jù),將有可能在月表更多地方發(fā)現(xiàn)類似的撞擊殘留物分布,從而進(jìn)一步加深對月球水的來源與分布的認(rèn)識。
美國夏威夷大學(xué)、澳門科技大學(xué)、北京大學(xué)和香港理工大學(xué)等的科研人員參與該研究。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、民用航天領(lǐng)域預(yù)先研究及中國博士后科學(xué)基金會特別資助等的支持。
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