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揭开月壤的秘密

发布时间: 2022-11-18 14:08:52   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:        字号:[ 常规 ]

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在过去的四十多亿年里,小行星撞击产生的粉碎、熔融、粘合和混合等物理过程在很大程度上改变了月球表面。在太空风化的共同作用下,月球表面形成一层广泛分布、厚约2~15m的月壤。美国阿波罗计划采集的样品表明,这些月壤粒径大多只有0.1—0.4微米,多数比我们平时关注的PM2.5还要小很多。美国的月壤样品采自6个登月点,苏联的则采自3个登月点。我国嫦娥五号选取的采样点与美国、苏联都不同,而不同区域取得的样品有着不一样的地质背景,可以取得许多新的知识和认识。我国科学家在历次探月中,精确测定了月球表面的土壤厚度。嫦娥3号玉兔月球车搭载了测月雷达,其任务之一是探测月球土壤的厚度,这是人类探月以来首次在月球表面直接进行雷达探测。探测结果显示玉兔月球车轨迹下方的月壤平均厚度为5米左右。

月球上没有水和空气,白天温度高达100多摄氏度,晚上又骤降至零下200多摄氏度。月岩的温度变化如此之大,使月岩热导率很低,其矿物组成和结构不均一,因热胀冷缩使月岩发生崩解,产生岩屑。另外,太阳风和银河宇宙射线对月岩的辐射降低了矿物强度,使晶格变形,也可能间接地促进了月壤的形成。此外,陨石碎屑也是月壤的重要组成之一。

2019年1月3日,我国“嫦娥4号”探测器在月球背面的冯·卡门撞击坑成功着陆。对其中一个坑进行详细探测,获得关于月球表面过程的重要信息,对月壤的形成过程有了新认识。科学家认为,小行星高速撞击在厚层月壤上,将月表的岩块砸碎同时也可将月壤压实,并通过部分熔融将其胶结起来,形成月壤层内小陨石坑的壁和底;小陨石坑的壁和底是玻璃胶结的月壤团块,随后团块被另一次小行星撞击并抛射出来,掉落到现在所处的位置,最后碎裂成“碎块”坑。这一过程,与阿波罗的月壤角砾岩、冲击熔融月壤角砾岩陨石的岩矿特征一致。月壤就是在这种反复撞击砸细又重新胶结成岩的过程中演化成熟。

月壤中含量比例最高的几种元素:依次为氧(O)、硅(Si)、铁(Fe)、钙(Ca)、铝(Al)、 镁(Mg)和其他

在研究月壤中,我国科学家采用先进的主要选择无损或者微损的样品分析手段,即配有电子能量损失谱的高分辨透射电子显微镜和原位微区二次离子质谱来开展研究。侧重微观尺度的矿物结构和化学成分两方面紧密结合来研究月球样品。我国科学家通过研究月球样品的纳米矿物学特征,将考察宇宙射线侵蚀的强度以及撞击成因矿物的组合、形貌、形变特征和期次,找寻高压矿物、含铀矿物;将采用同位素定年和热释光定年等方法来揭示撞击温度、压力演化历史,讨论它们能否反映月球演化历程以及这些因素对月壤形成的影响。

嫦娥5号采集的月球样品为一类新的月海玄武岩,填补了美国和苏联月球采样任务的“空白”。研究发现,月幔源区的水含量仅为1至5微克/克,表明月幔非常“干”。这一发现也排除了月幔初始熔融时因水含量高而具有低熔点,导致该区域岩浆活动持续时间异常延长的猜想。嫦娥5号采样点附近的火山活动更为活跃,持续时间也更长,是研究月球内部能量衰竭,以及更加全面了解月球地质演化历史的理想地点。这意味着,针对嫦娥5号月球样品的研究将有可能获得与以往不一样的研究结果,对人类进一步认识月球具有独特的科研价值,也将会为预测地球未来的命运提供重要的科研资料。

月球作为地球的伴侣,在地球生命诞生与演化过程中起到了很好的催化和促进作用。月球使得地球有了稳定的公转,并产生自转,导致地球四季的产生与更替。月球使地球海洋潮涨潮落,赋予地球巨大的能量。虽然,在地月系统的演化过程中,月球正在与地球渐行渐远,但它对于地球生命有一个稳定、适宜的大气气候环境一直起着至关重要的作用。

目前,在探测月球的全球竞争中,中国正在大步向前。随着对月球样品研究成果的不断披露,中国科学家对于月球的研究将带来更多的惊艳成果。而且,正如欧阳自远院士所展望的,嫦娥5号采样的成功,不仅有助于科学家研究月球的演化史,更将为我国科学家开展火星取样、小行星取样,甚至木星探测等科研工作,提供宝贵经验。让我们共同期待吧!