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我国科学家解密月球土壤 校正月壤厚度

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-04-15  浏览次数:0
  月球是地球唯一的卫星,然而我们对这个近邻却知之甚少。它是如何形成的?又有哪些特性?诸如此类的问题现在仍然没有答案。随着探月工程的逐步推进,我国科学家正为解答月球的种种谜题贡献更多的力量。4月13日,美国《国家科学院院刊》以封面文章的形式,介绍了我国科学家对“玉兔”月球车探测数据的最新研究成果,解开了月球土壤的部分谜题。中科院地质与地球物理所研究员、“嫦娥三号任务月球区域地球化学与构造动力学演化模型”研究团队的责任科学家林杨挺说:“"玉兔"降落在月球雨海盆地,相关数据对认识这一地区火山活动的历史、帮助人们进一步理解月球的演化有着重要的科学意义。”
 
  雨海是月球上最重要的区域之一
 
  月球表面有灰暗的部分和明亮的区域,亮区是高地,暗区是平原或盆地等低陷地带。林杨挺介绍,雨海盆地是月球上最大的撞击盆地,也是最重要的区域之一。“美国的阿波罗号和苏联的无人月球探测器曾经从月球上采样返回,采样点总共9个,但它们都没有落在雨海盆地。”林杨挺说,“整个月球,现有的这几个点显然是很不够的,不能完全代表全月球。因此,嫦娥三号降落在雨海盆地中,并且玉兔在着陆区展开探测活动,所获取到的数据进一步丰富了我们对月球的认识。”
 
  不仅如此,环雨海盆地周边还富集稀土、放射性元素等,很可能是从盆地底部挖掘出来的。林杨挺介绍,稀土、放射性元素等在岩浆冷却过程中不进入到结晶出的矿物中,而是偏向于留在熔体中。这样,最后剩下的一点点岩浆中就非常富集这些元素。月球形成的假说中,就预言在月壳和月幔之间会有一层由这最后的岩浆固结形成的物质,富集稀土和放射性元素。“因此,研究清楚这一地区,对我们认识月球的形成历史有重要意义。”
 
  雷达实测:校正月壤厚度
 
  嫦娥三号玉兔月球车搭载了测月雷达,其任务之一是探测月球土壤的厚度,这是人类探月以来首次在月球表面直接进行雷达探测。探测结果显示玉兔月球车轨迹下方的月壤平均厚度为5米左右。林杨挺说:“我认为用这个方法取得的数据非常准确,打个比方,几乎和人上去直接挖个坑来测量月壤厚度差不多。”
 
  这一实测数据将校正科学家之前对月壤厚度的推测。在此之前,月壤的厚度是采用间接的方法进行估算的,推测月海区域的月壤厚度约为2~4米。“月壤是小行星砸出来的,因此年龄越老的地方,月壤就越厚。如果对月球上一些区域估算的月壤厚度与月表年龄作图,得到一条相关的年龄-厚度曲线,那么玉兔相当于为这一曲线设定了一个基准点。玉兔的实测月壤厚度显著高于之前的预期,这表明以前月壤的厚度被低估了。”
 
  月球土壤中含有丰富的氦-3和氢,其中氦-3是未来核聚变的主要能源,而氢不仅可以合成水,还适合用于宇宙航行的能源—虽然离实际应用还很遥远。林杨挺说:“我们测出月壤的厚度,就能较准确估算出月壤的总量及相应的资源储量,这对未来开发月球资源具有十分重要的意义。”
 
  光谱和粒子激发X射线谱仪:测定月壤的矿物和化学成分
 
  林杨挺说:“光谱是用来探测月壤和岩石的矿物组成的,粒子激发X射线谱仪是用来探测其化学成分的。让我惊喜的是,粒子激发X射线谱仪能够检测出4种含量不到万分之二的微量元素。”
 
  根据粒子激发X射线能谱获得的数据,获得了月壤中镁(Mg)、铝(Al)、硅(Si)、钙(Ca)、钛(Ti)、钾(K)、铬(Cr)、铁(Fe)、锶(Sr)、钇(Y)、锆(Zr)和铌(Nb)在内12个元素的含量,其中后4种为微量元素。“月海充填的都是玄武岩,主要成分相似,但微量元素的含量可以有非常大的差异。地球化学家习惯用微量元素来区分看似相似岩石的不同成因和来源”林杨挺说,这些微量元素具有非常重要的指示意义,“指示该玄武岩从月球深部的月幔形成,然后在上升途中,混进了月球最晚固结的富稀土和放射性元素的物质”。
 
  月球在晚年仍可很活跃
 
  大部分科学家认为,月球在距今39亿年左右可能经历了高强度的小行星轰击阶段,形成了月面上大大小小的撞击盆地,之后距今38亿~31亿年间,这些盆地被火山不断喷发出的玄武岩浆所充填。此后,月球进入晚年,岩浆活动趋于停止,月球变得冰冷坚硬。
 
  林杨挺说,月表撞击坑的统计数据表明,雨海盆地位于嫦娥三号着陆区的玄武岩很年轻,很可能是在25亿年左右之前喷发出来的,但是不知道它的厚度是多少。
 
  “我们从测月雷达的数据中解译出月壤之下的深处有3个界面,代表了3套玄武岩的厚度,其中最上面一套,即最晚一期玄武岩厚达195米,这表明月球岩浆活动的晚期,也就是约25亿年前,仍存在巨量的玄武岩浆喷发。”
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