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                        研究揭示嫦娥四號紅外成像光譜地面驗證實驗對月球SPA表面物質組成的約束

                        2022-06-22 地質與地球物理研究所
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                          玉兔二號巡視器已在月球表面工作超過40個月晝,其搭載的紅外成像光譜儀(VNIS)隨著巡視器的行走路線已測得多個位置的紅外成像光譜數據。VNIS是用于研究著陸區月壤和月表巖石成分并追溯其來源的主要方法。然而,太空風化、顆粒大小與多次散射、儀器的光譜響應和觀測條件等因素均會影響光譜特征,并導致由月球表面光譜數據計算得到的礦物成分存在較大不確定性。

                          為了定量評估不同 VNIS 數據處理方法的可靠性,中國科學院地質與地球物理研究所地球與行星物理院重點實驗室博士生常睿在導師研究員楊蔚、副研究員林紅磊的指導下,選擇一塊礦物組成與月球高地巖石相似的蘇長-輝長巖進行光譜地面驗證實驗(圖1)。地面驗證實驗研究的巖石(CR-1)由掃描電鏡測得其實際礦物模式含量為12.9%橄欖石、35.0%輝石和52.2%斜長石。為了更準確計算CR-1的光譜結果,研究者將CR-1中的橄欖石、低鈣輝石、高鈣輝石和斜長石從巖石樣品中研磨并分選出來,由地物光譜儀(TerraSpec-4,ASD)測得各單礦物的可見-近紅外光譜結果(圖2a),單礦物均具有各自的光譜吸收特征。由VNIS鑒定件測得的CR-1的光譜在971(±1)nm和1957(±8)nm波段處表現出明顯的吸收特征(圖2b)。該吸收特征與玉兔二號巡視器上VNIS在第3月晝探測到的巖石吸收特征相似。CR-1的VNIS光譜用Hapke模型計算出樣品中礦物模式含量為7.5%橄欖石、39.3%輝石和53.2%斜長石,與其真實結果在誤差范圍內一致。

                          根據該研究中數據處理方法并結合Yang et al.(2020)對嫦娥四號月表數據的光度校正,玉兔二號巡視器在第3月晝探測到的巖石更準確的礦物模式含量應為11.7%橄欖石、42.8%輝石和45.5%斜長石。巡視器在第26月晝又發現一塊狀月表巖石,其光譜吸收特征與第3月晝發現的巖石類似,其中礦物模式含量為3.2%橄欖石、24.6%輝石和72.2%斜長石。兩月表巖石在“斜長巖-蘇長巖-橄長巖”(Anorthosite-Norite-Troctolite, ANT)體系中均屬于蘇長巖范疇(圖3)(Heiken G, 1991),意味著嫦娥四號著陸區月壤下的巖層主要為ANT巖石。玉兔二號巡視器在第26月晝探測到的巖石含有更多的斜長石,并且更接近平均月殼的礦物組成。

                          綜上所述,嫦娥四號著陸區域的月球表面存在蘇長質和斜長質的石塊,分別代表了撞擊熔融池中快速結晶形成的物質與平均月殼的成分。一方面,有撞擊事件將月壤下伏層位物質挖掘至月球表面,這些被挖掘出來的物質具有南極艾特肯盆地(the South Pole Aitken, SPA)熔融池結晶深成巖的特征。另一方面,形成于SPA大撞擊事件前的初始月殼物質也可以保留在SPA中。

                          相關研究成果發表在Remote Sensing上。研究工作得到中科院戰略性先導科技專項,中科院重點部署項目,中科院創新交叉團隊,國家航天局民用航天預先研究項目以及中科院地質與地球物理研究所重點部署項目的資助。

                          圖1.(a)嫦娥四號第3月晝探測的月表巖石圖像;(b)月表巖石的光譜探測狀態(黃色圓圈代表近紅外波段光譜探測視場);(c)本研究地面驗證實驗使用的巖石(CR-1)

                         

                        圖2.(a)CR-1中單礦物可見-近紅外光譜;(b)嫦娥四號第3月晝所測巖石與CR-1的VNIS測得光譜

                          圖3.嫦娥四號測得月表巖石中橄欖石-輝石-斜長石礦物組成分布(Heiken G, 1991)。圖中標注了月球樣品采樣點,例如:A-11是Apollo 11,L-16是Luna 16,(H)和(M)分別表示高地和月海月壤

                        打印 責任編輯:閻芳

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