揭示火山成因之谜、发现新矿物……嫦娥五号发现了这些月球奥秘

揭示月球年轻火山成因之谜、发现高含量的太阳风成因水、发现新矿物……嫦娥五号带回的1731克月球样品,正不断迎来新发现。

揭示月球年轻火山成因之谜、发现高含量的太阳风成因水、发现新矿物……嫦娥五号带回的1731克月球样品,正不断迎来新发现。

1月16日,第一届嫦娥五号月球样品研究成果研讨会在北京成功举办。会上,来自国家航天局、中科院等单位的专家及科研人员,围绕嫦娥五号月壤样品基本特性、月球火山活动历史及年轻火山活动成因、月球水和挥发分的含量与来源等主题深入研讨。

嫦娥五号月球样品首批研究成果于2021年10月发布,在着陆区火山活动时代、源区性质等方面获得颠覆性认识,相关工作在《科学》和《自然》共发表四篇论文。2022年9月,国家航天局、国家原子能机构联合发布中国科学家首次在月球上发现新矿物“嫦娥石”,该矿物是人类在月球上发现的第六种新矿物,我国成为世界上第三个在月球发现新矿物的国家。

嫦娥五号探测器在月球表面展示国旗。(国家航天局供图)

揭示月球年轻火山成因之谜

2021年,中国科学家对嫦娥五号玄武岩的研究,证实月球火山活动可以一直持续到20亿年前,不仅刷新了人类对月球岩浆活动和热演化历史的认知,也提出了新的科学问题:月球火山活动为什么持续如此之久?

针对这一科学问题,中科院地质与地球物理研究所研究团队发现,与古老的阿波罗低钛玄武岩相比,年轻的嫦娥五号玄武岩的初始岩浆含有更高钙和钛,可能因为源区含有更高的岩浆洋晚期形成的单斜辉石-钛铁矿堆晶体,导致月幔熔点降低,诱发年轻火山的形成。

这项工作量化了月球内部缓慢冷却的热演化过程,为“月球年轻火山成因”这一重要科学问题提供了全新的解释。

嫦娥五号月壤玻璃珠年代学探讨内太阳系动力学

月壤中含有大量玻璃,撞击成因玻璃是了解内太阳系撞击历史的重要研究对象,能够反映月壳物质组成和内太阳系的撞击动力学。

中外学者组成的国际研究团队,初步确定了产生嫦娥五号撞击玻璃球粒的源撞击坑,并讨论了撞击玻璃球粒的年龄分布与内太阳系撞击体迁移的动力学过程,表明月球撞击通量变化可能与小行星带动力学过程有关。

这项工作首次获得了嫦娥五号月壤中的多组撞击玻璃球粒年龄,并与着陆区撞击坑关联,证实了月球20亿年以来撞击频率随着时间变化,这意味着地球历史上经历过撞击频率高于平均水平的时期,为地月系统撞击历史研究提供新的方向。

发现高含量的太阳风成因水

相比于阿波罗和月球号在月球低纬度采样,嫦娥五号所采集的中纬度月球样品,为探究月表水含量和保存机制提供了全新的窗口。

中科院地球化学研究所研究团队对嫦娥五号月壤样品中的辉石、橄榄石和斜长石矿物开展研究,分析了不同矿物中水的成因、含量与赋存状态,发现嫦娥五号矿物表层中存在大量的太阳风成因水。结合透射电镜与能谱分析,揭示了太阳风成因水的形成和保存主要受矿物的暴露时间、晶体结构和成分等影响。

这项工作证实了月表矿物是水的重要“储库”,为月表中纬度地区水的分布提供了重要参考。

发现新矿物并命名为“嫦娥石”

核工业北京地质研究院通过对样品进行详细研究,在十四万个月壤颗粒里找到了一个可以解结构的嫦娥石颗粒,并用聚焦离子束扫描电镜把它切割、提取出来。这项发现增添了矿物家族、特别是地外矿物新成员,推动了矿物学学科的发展,为月球、行星科学研究提供了新的科学数据,具有重大科学意义。

研究表明,嫦娥石形成于不同的环境和条件,通过研究其形成条件,可以为分析月球岩浆演化提供线索。这是中国科学家首次发现月球新矿物,不仅体现了中国现代科技和工程技术水平,也是中国人对人类开展月球研究和深空探测的贡献。

分析嫦娥五号样品月壤成分特征

嫦娥五号样品是否可以代表着落区玄武岩的平均化学成分?中国地质大学(武汉)研究团队针对月壤样品建立一种新的分析技术,在最低2毫克样品极低损耗量情况下,同时准确测定了月壤中48种主量和微量元素含量。研究团队对两批次的铲取月壤进行了七次抽样分析,结果高度一致,与嫦娥五号任务遥感数据也一致,表明铲取月壤很均匀,可以代表着落区玄武岩的平均化学成分。

嫦娥五号着陆区位于月球风暴洋西北部的月海,但也可能存在月海之外的物质。山东大学研究团队利用激光显微拉曼光谱技术分析了两份嫦娥五号月壤,研究发现嫦娥五号月壤的辉石和橄榄石矿物化学成分范围基本与嫦娥五号玄武岩一致,但仍存在少量的富镁物质,推断嫦娥五号着陆区可能包含5%到7%的外来镁质溅射物,其可能源自远离着陆区的大型撞击坑挖掘出的月壳物质。

除上述5项代表性成果外,嫦娥五号月球样品发放以来,相关研究已有50多项成果在国内外重要学术期刊发表,推动我国月球科学研究进入国际前沿。

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