作者:甘晓 来源:中国科学报 发布时间:2021/4/23 10:51:30
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嫦娥五号样品如何研究?科学家详解6大科学价值

 

2020年底,嫦娥五号任务的成功令亿万国人倍感自豪。不过,对于科学家而言,漫长的研究工作才刚刚开始。

日前,中国科学院比较行星学卓越创新中心骨干成员、中国地质大学(武汉)行星科学研究所肖龙教授团队利用已有的遥感探测数据,对嫦娥五号着陆点及其区域地质背景进行了研究,总结出嫦娥五号样品6大潜在科学价值,旨在为今后围绕样品开展深入科学研究提供参考。

研究成果在学术杂志《地球和行星科学快报》(Earth and Planetary Science Letters)上发表。

改写人类对月球的认识

肖龙向《中国科学报》介绍,此次研究没有利用嫦娥五号样品,而是通过遥感探测等手段,详细分析了区域地质背景、撞击坑年代学、岩石类型和成因、月球动力学及热演化和月壤形成方面的27个科学问题,在任务科学目标基础上进行进一步细化,提出样品在解答这些科学问题中可能提供的证据。

肖龙团队认为,嫦娥五号样品最为重大的6个科学价值如下:

第一,限定月球火山活动时限。此前对月球陨石的研究已经证实,远古月球大约在43.5亿年前开始发生火山活动,但结束时间尚不明确。对嫦娥五号样品中富铀矿物的定年将可能将月球火山活动的结束时间延伸至约15亿年甚至更年轻。

第二,修正月球撞击坑年代曲线。目前,撞击坑大小-频率统计定年法是对行星表面定年的唯一方法,应用中主要依靠基于已知年代样品作为“定标点”形成的“年代曲线”。针对该“年代曲线”在10-30亿年范围内缺乏定标点的现状,年龄在10-20亿年范围内的嫦娥五号样品将为年代曲线提供一个甚至多个可靠的定标点,提高“年代曲线”可靠性。

第三,制约月球磁场结束时间及内部状态。目前,月球没有全球性磁场,而阿波罗样品的研究却表明,大约30亿年前的月球存在全球性磁场,月球磁场如何产生、又在何时消失,成为月球热演化过程中最受关注的事件之一。嫦娥五号样品也有望在月球磁场变化曲线上投上一个甚至数个可靠的定标点,增进人类对月球磁场及内部热状态的认识。

第四,揭示深部月幔性质及优化月球岩浆洋模型。“岩浆洋模型”是月球演化历史中的重要科学问题,中高钛玄武岩的采样能为这一模型提供诸多证据。年轻于20亿年的嫦娥五号样品相对于老于30亿年的阿波罗样品将更可能起源于更深处月幔,从而反映深部月幔性质,加深对月幔分层及不均一性的了解。同时,嫦娥五号样品将有可能提供钛铁矿倒转及中高钛月幔源区的关键性证据。

第五,风暴洋克里普地体性质。“克里普地体”(KREEP)以钾(K)、稀土元素(REE)和磷(P)而得名。目前为止,对KREEP元素的富集机制并没有很好的认识。嫦娥五号年轻玄武岩富集这类元素,将可能为该问题的解决开启窗口。

第六,外来溅射物及其反映的地质历史。嫦娥五号样品可能由原位玄武质月壤和外来物质组成,其中外来物质包括外来溅射物、外来高地及富硅物质和外来陨石质物质。这些外来的撞击坑溅射物质如果被采集,将具有限定撞击坑年代学曲线、区域次表层结构、远处玄武岩性质及源区等重要意义。

肖龙指出:“我们相信,围绕嫦娥五号样品的研究有希望改写人类对于月球的认识。”

“软硬”皆备

2020年12月1日,嫦娥五号在着陆于风暴洋北部的吕姆克山地区、成功采集1731克月壤样品后返回,圆满完成我国首次月球采样返回任务。这也是1976年苏联月球24号带回100多克月球样本以来,人类再一次得到来自月球的“土”。

“嫦娥五号月球样品来之不易,围绕样品的研究应当以科学问题为导向。”肖龙强调,“方法上也要考虑到尽量选用少损坏、少污染样品的原位分析。”

在肖龙看来,这就要求科研团队在“软硬”两方面条件都要具备。“软件”指的是科学思维,包括理论储备、基础数据解读和分析能力等方面;“硬件”则指的是研究需要的相关技术手段。

月球表面获得的铲取样,样品细粒粉末状。(来源:中国探月与深空探测网月球与深空探测科学数据与样品发布系统)

“目前,国内许多实验室已经具备开展上述科学问题研究的理论基础和技术手段。”肖龙表示。

为充分发挥月球样品科研价值,规范科研样品管理工作,前不久,由9位专家组成的第一届月球样品专家委员会正式成立。委员会将作为月球样品管理的专家咨询机构,遵循公平、公正、公开的原则,行使月球样品相关的评审和咨询等职权。

目前,嫦娥五号任务第一批月球样品信息也已上线发布。科研人员可访问中国探月与深空探测网(www.clep.org.cn),进入月球与深空探测科学数据与样品发布系统,获取有关信息,进行数据和样品申请。

 
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