嫦娥5号发回的新样本揭示了月球的历史和构成

一项新的研究对作为2020年嫦娥5号(CE-5)任务的一部分返回的土壤样本进行了检查,活跃的火山活动帮助创造了月球表面的矿物,就在20亿年前,留下了富含铁和高钙的玄武岩表面,在地理上比月球地质学界之前认为的要年轻。

中国科学院国家天文台(NAOC)的一组科学家在李春来教授的指导下,最近在《自然通讯》上发表了他们的成果。为了确定嫦娥5号返回的月球土壤样本的矿物成分,该研究同时使用了光谱和X射线衍射(XRD)分析技术。

李教授说:”我们分析的近侧月球土壤样本原来主要是辉石。这让我们感到惊讶,因为早期基于遥感的研究表明橄榄石的丰度很高–这是玄武岩类别中另一种常见的火山矿物组合。”

嫦娥五号样品揭示的晚期火星玄武岩矿物学的新光谱解释。资料来源:NAOC
嫦娥五号样品揭示的晚期火星玄武岩矿物学的新光谱解释。资料来源:NAOC

基于阿波罗和月球任务的研究表明,活跃的火山活动在43亿至31亿年前塑造了月海,其中大部分活动发生在36亿至38亿年前。月海是指由古代大型小行星撞击月球远端引发的火山活动所形成的黑暗玄武岩平原的术语。这些早期的调查依赖于像美国宇航局的月球矿物学绘图仪这样的月球轨道器和地球上的望远镜所收集的信息。

尽管我们可以远程推断出很多关于月球的矿物成分,但在地球上有实际的月球土壤样本在我们的实验室里进行分析,为更彻底和精确的成分分析提供了可能性。

李和他的团队首先使用光谱技术分析了他们的三个土壤样品。样品的整体光谱形状基本上是一致的。他们继续部署XRD,这表明样品是由辉石、易变辉石、斜长石、镁橄榄石、铁橄榄石、钛铁矿、石英、磷灰石和玻璃状材料组成。XRD结果显示,这些样品主要由辉石组成,而不是像早期研究表明的橄榄石。

初步工作已经确定,嫦娥5号返回的土壤样品基本上是由一种以前从未被采样的月球玄武岩组成的。与以前任务中收集的火星样本相比,根据电子微探针分析,CE-5样本中辉石的主体成分相对富含铁和钙。

为了分析这些样品,研究人员测量了在暴露于精确校准的X射线和可见光发射时吸收和反射的光的波长。每个样品所反射的东西根据X轴上的波长和Y轴上的强度被映射出来,生成一个光谱指纹。这三个样品之间有如此惊人的相似性,这向我们表明,我们观察到的富含铁的辉石在其他近旁火星上是相似的。这大大增强了我们对我们月球近侧矿物学的理解。

李和他的团队的研究紧随其他最近的发展,这些发展吸引了月球科学家以及整个天文学界,包括今年早些时候也由嫦娥5号返回的样本产生的消息,表明月球上可能有地下困冰的形式的水。

“对于月球地质学家来说,这些是令人兴奋的新进展,”李说。”作为未来任务的一部分,带回的更多样本将继续促进我们对月球表面的了解,并对空间探索有潜在的重大影响,因为科学界找到了利用月球矿物学的方法,可能还有水。”

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