科技日?qǐng)?bào)記者 陸成寬

月球表面有“天外來(lái)客”嗎？“天外來(lái)客”能為月球提供水？基于“嫦娥四號(hào)”獲取的具有超高空間分辨率的影像與光譜數(shù)據(jù)，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心等單位的研究人員首次在月球表面識(shí)別出年齡在一百萬(wàn)年以內(nèi)的碳質(zhì)球粒隕石撞擊體殘留物。研究表明，富含揮發(fā)成分的碳質(zhì)小行星的撞擊或仍然為現(xiàn)在的月球提供水源，同時(shí)，比較年輕的月表物質(zhì)（如“嫦娥五號(hào)”返回樣品）中可能有撞擊體殘留物。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然·天文》上。

“對(duì)可能存在于‘嫦娥五號(hào)’樣品中撞擊體殘留物的直接分析，將對(duì)地月系統(tǒng)撞擊體成分和類型的演變歷史提供重要參考，并有望對(duì)太陽(yáng)系軌道動(dòng)力學(xué)演化進(jìn)行進(jìn)一步約束，增進(jìn)關(guān)于內(nèi)太陽(yáng)系撞擊歷史的了解。”11月30日，中科院國(guó)家空間科學(xué)中心研究員劉洋告訴科技日?qǐng)?bào)記者。

首次在月球表面發(fā)現(xiàn)碳質(zhì)球粒隕石的撞擊殘留物

“嫦娥四號(hào)”探測(cè)器于2019年1月成功著陸于月球背面南極-艾肯盆地的馮·卡門撞擊坑，其搭載的“玉兔二號(hào)”巡視器隨后對(duì)月表開(kāi)展了持續(xù)的巡視探測(cè)，獲取了超高分辨率的月表影像與高光譜數(shù)據(jù)。

劉洋表示，在月表巡視的過(guò)程中，“玉兔二號(hào)”發(fā)現(xiàn)了一個(gè)小的新鮮撞擊坑，并對(duì)這個(gè)撞擊坑進(jìn)行了詳細(xì)的光譜探測(cè)。

基于該撞擊坑影像和光譜數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，撞擊坑中心的疑似“殘留物”與坑內(nèi)及坑外的典型月壤、巖石碎塊的光譜呈現(xiàn)明顯不同的特征。

劉洋解釋道，通常情況下，月表巖石或月壤的反射光譜會(huì)呈現(xiàn)出“紅化”的特征，并且月表發(fā)生的太空風(fēng)化作用一般會(huì)進(jìn)一步加劇這種紅化特征，即反射率隨著波長(zhǎng)的增加而增加；然而，撞擊坑中心疑似殘留物的光譜卻呈現(xiàn)出“藍(lán)化”的特征，即反射率隨著波長(zhǎng)增加而減小。

由此，研究團(tuán)隊(duì)推測(cè)，或存在某種具有藍(lán)化光譜特征的外來(lái)撞擊體物質(zhì)混入撞擊坑中?！耙酝芯咳藛T在‘阿波羅樣品’中發(fā)現(xiàn)了碳質(zhì)球粒隕石碎片，但從未在月球表面通過(guò)遙感探測(cè)直接觀測(cè)到碳質(zhì)球粒隕石的撞擊殘留物。這是首次在月球表面直接觀測(cè)到碳質(zhì)球粒隕石的撞擊殘留物?！眲⒀笾赋觥?/p>

事實(shí)上，小行星中，只有碳質(zhì)小行星的光譜存在藍(lán)化特征。研究人員搜集了大量碳質(zhì)球粒隕石的光譜，經(jīng)過(guò)仔細(xì)對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，該殘留物確實(shí)與碳質(zhì)隕石光譜具有很高的相似度。

撞擊體中可能有水得以保留在撞擊熔體或殘留物中

為確認(rèn)分析結(jié)果，研究團(tuán)隊(duì)又對(duì)該撞擊坑進(jìn)行了詳盡的形貌分析。

“基于‘玉兔二號(hào)’全景相機(jī)獲取的立體影像，我們?nèi)藛T采用攝影測(cè)量方法，構(gòu)建了覆蓋該小撞擊坑及附近區(qū)域的高精度數(shù)字高程模型。”劉洋說(shuō)。

分析表明，該撞擊坑可能屬于一次撞擊坑，而非原始撞擊產(chǎn)生的濺射體再次撞擊月表形成的二次撞擊坑。

為了進(jìn)一步對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行限定，研究人員還利用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)該撞擊坑開(kāi)展研究。結(jié)果顯示，一個(gè)直徑15厘米的疏松撞擊體以15公里/秒的速度撞擊月表可以形成觀測(cè)到的小撞擊坑形貌特征，并有殘留物分布于撞擊坑中心。

“這樣，我們就可以確認(rèn)，該撞擊坑應(yīng)該是一個(gè)小型碳質(zhì)隕石撞擊后形成的?！眲⒀髲?qiáng)調(diào)。

撞擊輸運(yùn)過(guò)程被認(rèn)為是月球表面水及永久陰影區(qū)水冰的主要貢獻(xiàn)者之一，而碳質(zhì)小行星是小天體中相對(duì)比較富含水及揮發(fā)分的一類，在撞擊過(guò)程中，其攜帶的水可能部分得以保留在月表。

劉洋說(shuō)，此前在地面進(jìn)行的高速撞擊模擬實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，撞擊體中可能有水得以保留在撞擊熔體或殘留物中。

基于撞擊坑退化模型，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)該撞擊坑的形成年齡進(jìn)行估算。結(jié)果表明，該撞擊坑應(yīng)該形成于距今一百萬(wàn)年以內(nèi)。

更重要的是，相似的碳質(zhì)隕石殘留物可能在月表非常普遍，“嫦娥五號(hào)”樣品中將有很大概率發(fā)現(xiàn)類似的撞擊殘留物。

劉洋表示，利用更高空間分辨率的遙測(cè)光譜數(shù)據(jù)，未來(lái)有可能在月表發(fā)現(xiàn)更多類似的撞擊殘留物，從而進(jìn)一步加深對(duì)月球水的來(lái)源研究。

關(guān)鍵詞： 月球 天外來(lái)客 水源