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月幔里可能有什么?

嫦娥四号有了新发现 中国科学家证实:月幔富含橄榄石

  图中大片阴影区为南极-艾特肯盆地。

▷玉兔二号在月球背面留下的“足迹”。

  月球表面以下约60至1000千米的月幔,由哪些物质组成?困扰科学家已久的问题有了最新答案。中国科学院国家天文台16日公布,由该台研究员李春来带领的一支研究团队利用嫦娥四号在月球背面获取的探测数据,给出一批直接证据,将为完善月球形成与演化模型提供支撑。
  中科院国家天文台和上海技术物理所组成的研究团队通过对嫦娥四号在月球背面着陆区获取的就位光谱探测数据分析,发现着陆区月壤物质中橄榄石相对含量最高,低钙辉石次之,仅含有很少量的高钙辉石。
  李春来表示,嫦娥四号的着陆区位于月球最古老的撞击盆地,月壳早已减薄或完全剥离,且有充足证据表明,嫦娥四号的分析对象是因为小天体撞击而挖掘、抛射到表面的月幔物质。因此,分析发现的矿物组合很可能代表了源于月幔的深部物质,证实月幔富含橄榄石。
  关于月球起源的一个重要假说——月球岩浆洋理论推断,随岩浆的演化,较轻的斜长石组分上浮结晶形成月壳,橄榄石、辉石等较重的富铁镁元素的矿物下沉结晶形成月幔。然而,这一关于月幔物质组成的推论此前尚未被很好地证实。
  中国科学家的这项研究成果16日当天已在线发表于国际权威学术期刊《自然》。
  2019年1月3日,嫦娥四号探测器着陆在月球背面的冯卡门坑内。此后,玉兔二号巡视器驶抵月背表面,其上携带的红外成像光谱仪成功获取了着陆区探测点的高质量光谱数据。

重大发现
嫦娥四号着陆区月壤
与月球表面明显不同

  中国科学家惊喜地发现,玉兔二号月球车首次在月球背面“踩下的足印”,留在了来自月球深部的月幔物质上。这为解答长期困扰科学家的月幔详细物质构成问题提供了直接证据,可以帮助人类进一步认识月球的形成与演化。
  中国科学院国家天文台李春来研究员领导的团队利用玉兔二号携带的可见光和近红外光谱仪的探测数据,证明了嫦娥四号落区月壤中存在以橄榄石和低钙辉石为主的月球深部物质。
  国际科学期刊《自然》于北京时间16日凌晨在线发表了这一重大发现。这是嫦娥四号今年初实现月球背面软着陆后首次发表重要科学成果。
  李春来介绍,与地球相似,月球由核、幔、壳构成。科学家推断,随月球岩浆演化,较轻的斜长石组分上浮形成月壳,而橄榄石、辉石等较重的矿物下沉形成月幔。
  “但是月壳比较厚,我们所能接触到的月球样品都来自月球最表面的一层。而且月球已经基本没有火山和板块运动,所以在月球表面找到月球深部月幔物质的机会很少。”李春来说。
  科学界关于月幔物质组成的推论一直没有被很好地证实。无论是美国、苏联采回的月球样品,还是环月探测器的遥感数据,都没有发现与月幔准确物质组成相关的直接证据。
  中国在制定嫦娥四号任务时,科学家们将目光投向月球背面一片特殊区域:南极-艾特肯盆地。这个四十多亿年前因天体撞击形成的直径约2500公里、深度约13公里的盆地,是月球上最古老、最大的撞击盆地。科学家认为这里有可能会发现月球深部物质。美国科学家曾计划去那里采样,但是未能实施。
  带着尽快揭开月球深部物质成分神秘面纱的使命,嫦娥四号于今年1月3日成功登陆南极-艾特肯盆地的冯·卡门撞击坑。
  玉兔二号月球车驶上月面后,其携带的可见光和近红外光谱仪在两个探测点获得了质量良好的光谱数据。
  “我们一看到数据就感到眼前一亮。”李春来说,“我们发现玉兔二号探测到的谱线与玉兔号在月球正面探测到的有很大不同。”
  “通过初步分析我们发现,嫦娥四号着陆区的月壤成分明显不同于嫦娥三号着陆区的月海玄武岩,其中含有低钙辉石,并可能有大量橄榄石存在。”李春来说。
  然而,探测点是否真的富含橄榄石,科学家们对此产生了分歧。带着疑惑,他们对光谱数据进一步处理分析,结果证实这一区域月壤中橄榄石含量最高,低钙辉石次之,并含有很少量的高钙辉石。
  “这种矿物组合很可能是源于月幔。”李春来说。

一个疑问?
月球深部的这些物质
怎样跑到玉兔二号脚下?

  科研人员随即对覆盖嫦娥四号着陆区域的高分辨率遥感图像数据和高光谱数据进行了分析,他们认为,这些物质是从冯·卡门撞击坑东北部的一个直径为72公里的芬森撞击坑溅射出的。
  李春来说,南极-艾特肯盆地在形成后,继续遭到小天体撞击形成更多的小撞击坑。而当芬森撞击坑形成时,有可能撞穿了月壳,将月幔物质挖掘出来并抛射到了冯·卡门撞击坑。
  李春来说,科研人员当初在选择嫦娥四号落点时为保证安全,尽量选择平坦区域,而月球上平坦的地方一般都是岩浆凝固后形成的玄武岩。对于科学家来说,嫦娥四号能落在溅射出的月幔物质碎屑上是非常幸运的。
  “玉兔二号正好处在溅射物的边缘地带。我们测算,等它走出约两公里后,就能达到玄武岩月面。所以我希望玉兔二号能快点跑,等到玄武岩区域后,我们就能对比分析两种月壤成分。”李春来说。
  他说,这一研究可为中国未来的月球采样甚至月球基地建设提供参考。如果嫦娥六号到这一区域采样,不但能获取人类第一份月球背面的样品,还有机会采集到月球深部物质的样品。
  “月球是地球之外我们研究得最深刻的星球。月球的演化主要发生在30亿年前,而地球上的地质运动早已将30亿年前的历史抹去。月球就像化石,我们可以通过月球一窥地球的早期历史。”李春来说。

  本组稿件综合新华社、《科技日报》、澎湃新闻等