ASD--月球土壤光譜特征及物質成分研究

2020年11月24日4時30分

長征五號遙五運載火箭點火升空

托舉嫦娥五號探測器送入預定軌道

意味著人類時隔44年

再次從月球帶回了巖石和土壤樣品

上一次月球采樣返回任務

是1976年蘇聯的月球24號
 

 

      美國在阿波羅十一號成功登月之后，進行了6次發射任務，其中有5次都獲得了成功，一共將12名宇航員送上了月球，帶回來了382公斤的月球土壤。

      中美兩國于1979年1月1日正式建交；而就在這前夕的1978年，美國國家安全事務顧問布熱津斯基訪華時，為表示友好，向中國贈送了1克月巖。地質學家將1g月壤等分成兩份，每份重量0.5g，一份用于研究，另一份用來展覽。
 

     
如今，我們自己從月球帶回1731克月壤！
 

 

     北京時間2022年10月10 日，國際科學期刊《自然 · 通訊》（Nature Communications）在線發布我國嫦娥五號樣品的一項研究成果。中國科學院國家天文臺李春來、劉建軍研究員領導的團隊，結合嫦娥五號月球樣品的實驗室分析結果和遙感探測數據，解答了過去對月球晚期玄武巖遙感光譜解譯的疑惑，糾正了月球晚期玄武巖獨特遙感光譜特征的物質成分解譯結果。
 

 

      根據以往地基望遠鏡和月球軌道器遙感光譜數據的分析，普遍認為月球正面西部晚期月海玄武巖覆蓋的區域富含橄欖石，這是約束月球晚期玄武巖成因的重要因素。然而該推論是否正確，由于缺乏實際樣品的分析而無法證實。嫦娥五號成功著落于月球風暴洋東北部的玄武巖平原，返回樣品的研究顯示其玄武巖的年齡僅為20億年，是月球上最年輕的玄武巖地層。嫦娥五號任務采集的月壤樣品，作為從月球晚期玄武巖區域返回的唯一地面真值，為我們研究月球晚期火山活動提供了寶貴的機會。
 

      基于此，中國科學院國家天文臺李春來、劉建軍研究員團隊結合嫦娥五號月球樣品的實驗室分析結果和遙感探測數據（ASD FieldSpec 4），解答了過去對月球晚期玄武巖遙感光譜解譯的疑惑，糾正了月球晚期玄武巖獨特遙感光譜特征的物質成分解譯結果。研究團隊通過對返回月壤樣品開展實驗室光譜和X射線衍射分析，與以往獲取的月球樣品進行對比，并結合電子探針分析的數據結果，證明嫦娥五號月壤的光譜特征主要是由其富含的富鐵高鈣輝石引起，而非富含橄欖石所致。由于國外歷次月海采樣任務鮮有以富鐵高鈣輝石為主的月壤樣品，加之富鐵高鈣輝石晶體結構的特點在光譜特征上與月球上常見的橄欖石光譜相近，導致了月球晚期玄武巖的遙感光譜被錯誤地解譯為富含橄欖石。為了解決富鐵鈣輝石與富橄欖石月壤光譜的易混性，研究團隊基于大量地面實測的橄欖石和輝石混合物光譜數據，提出了一種新的基于光譜參數判別月壤中橄欖石含量的遙感光譜反演方法，能夠有效地解決月表富橄欖石區域和富鐵鈣輝石區域的區分和圈定問題，為利用遙感光譜數據探測月表主要礦物成分和分布提供了新的方法。
 

【結果】
 

嫦娥五號與LSCC土壤樣品的光譜形狀比較。

【結論】

     月表其他被認為是晚期玄武巖覆蓋的區域與嫦娥五號著陸區有著相似的光譜學和地球化學特征（如鐵、鈦含量），這說明它們可能具有與嫦娥五號樣品相似的巖石礦物學組成，都應是以富鐵的高鈣輝石為主，而非過去遙感光譜推測的橄欖石為主。結合月球晚期玄武巖的分布范圍、持續時間及覆蓋厚度的特點，晚期玄武巖的熱源在強度上較弱，但可能在很大范圍內長期穩定和活躍，形成該熱源的機制可能包括月球表面厚風化層（megaregolith）的覆蓋和地球與月球之間的潮汐作用。本研究對回答關于月球晚期玄武巖物質組成的問題，深化對月球熱演化歷史，特別是月球晚期火山活動特點的認識具有重要意義。
 

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