中国探月重磅发现将公布,美国阿波罗都没做到

  据海陆军综合新闻了解5月16日,在嫦娥四号落月4个多月后,中国科学院国家天文台宣布,由该台研究员李春来领导的研究团队利用嫦娥四号探测数据,证明了月球背面南极-艾特肯盆地存在以橄榄石和低钙辉石为主的深部物质——而此前,人们并不确定月球深处究竟有什么。

  嫦娥四号探测器,简称“四号星”,是嫦娥三号的备份星。它由着陆器与巡视器组成,巡视器命名为“玉兔二号”。作为世界首个在月球背面软着陆和巡视探测的航天器,其主要任务是着陆月球表面,继续更深层次更加全面地科学探测月球地质、资源等方面的信息,完善月球的档案资料。2018年12月8日,嫦娥四号探测器在西昌卫星发射中心由长征三号乙运载火箭成功发射。 2019年1月3日,嫦娥四号成功着陆在月球背面南极-艾特肯盆地冯·卡门撞击坑的预选着陆区,月球车“玉兔二号”到达月面开始巡视探测。

  北京时间5月16日凌晨,国际学术期刊《自然》(Nature)在线发布了这一重大发现。该发现为解答长期困扰国内外学者的有关月幔物质组成的问题提供了直接证据,将为完善月球形成与演化模型提供支撑。

  

中国探月重磅发现将公布,美国阿波罗都没做到

 

  (a)A(CE4_0015)探测点VNIS获得的600nm图像(b)S1探测点VNIS获得的600nm图像(c)全景相机拍摄的探测点S1(CE4_0016)处的全景图像

  国际上有关月球早期演化的理论认为,月壳由是岩浆洋中较轻的斜长石组分上浮结晶形成,而如橄榄石、辉石等较重的矿物下沉形成月幔。然而,这一关于月幔组成的推论至今被没有很好地证实。

  

中国探月重磅发现将公布,美国阿波罗都没做到

 

  月球内部结构可能的解释。(a)月球岩浆被设定为深550km,下月幔由原始的未熔融物质组成。CM和CF分别代表质量中心和形态中心(源自Wieczorek,M. et al. in The constitution and structure of the lunar interior. 《Reviews in mineralogy and geochemistry, Vol 60》(eds Joliff, B. et al.Mineralogical Society of America,Chantilly,2006),P225。(b)月球最内部的物理分层结构(源自Weber et al. Seismic detection of the lunar core. Science, 331, 309-312(2011))。

  李春来说,一方面,美国阿波罗任务和苏联月球任务返回的月球样品中没有发现与月幔准确物质组成有关的直接证据。另一方面,最有可能撞穿月壳的月球背面南极-艾特肯盆地内,并未发现月幔指示矿物—橄榄石的大量出露的证据。“这是否说明富橄榄石的月幔假说是错误的?”

  带着揭开月球深部物质成分神秘面纱的使命,来自中国的嫦娥四号探测器踏上了探索月球背面南极-艾特肯盆地,为月球起源演化研究提供新数据的征程。

  2019年1月3日,嫦娥四号探测器着陆在月球背面预选着陆区冯卡门坑内。同一天,玉兔二号巡视器与着陆器分离,其上携带的红外成像光谱仪成功获取了着陆区两个探测点高质量光谱数据。

  

中国探月重磅发现将公布,美国阿波罗都没做到

 

  (a) SPA Chang’E-2 Digital Orthophoto Map (DOM). (b) SPA Chang’E-1Digital Elevation Model (DEM).白色虚线为SPA盆地边界。两个红色原点分别表示南极点和艾特肯撞击坑。

  中科院国家天文台和仪器研制单位中科院上海技术物理所组成的研究团队通过对光谱数据的分析发现,嫦娥四号着陆区月壤光谱的吸收特征与月球正面月海玄武岩质月壤光谱的吸收特征存在着显著差异,展现出低钙辉石的光谱特征,并暗示有大量橄榄石的存在。进一步的分析证实,嫦娥四号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。这种矿物组合很可能代表了源于月幔的深部物质。

  

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  (a)S1探测点附近岩石的全景相机图像(黑白)(b)第二月昼石块探测区域岩石的全景相机图像(彩色)

  值得注意的是,嫦娥四号探测器的着陆点位于南极-艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑内部,早期研究结果表明其表面被后续喷发的玄武岩所填充,那么这些不同于玄武岩的深部物质,又是如何分布在着陆区域内的?

  对覆盖着陆区域的高分辨率遥感图像数据和高光谱数据的分析结果显示,着陆器和月球车位于玄武岩“平原”的撞击溅射物上,这些溅射物来自东北方向的芬森撞击坑。

  李春来说,40多亿年前南极-艾特肯盆地形成时已将月壳减薄或完全剥离。芬森坑是由小天体撞击南极-艾特肯盆地内部表面而形成,其犹如在南极-艾特肯盆地表面打的一口“深钻”一般,进一步将南极-艾特肯盆地表面以下月球更深部物质挖掘出,产生的溅射物四处抛射,呈辐射线撒布在冯卡门撞击坑“平原”上。因此,嫦娥四号红外成像光谱仪分析到的对象,正是芬森撞击坑挖掘、抛射到冯?卡门撞击坑表面的月幔物质。

  

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  Finsen撞击坑Chang’E-2 Digital Elevation Model (DEM)

  海陆军综合新闻了解来自中科院国家天文台的消息称,嫦娥四号探测器实现了人类历史上首次对月球背面的软着陆就位探测,而此次基于探测数据的研究结果,则成功揭示了月球背面的物质组成,证实了月幔富含橄榄石的推论的正确性,加深了人类对月球形成与演化的认识。

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