7月初，世界首份月球鎂環(huán)礦物學(xué)“檢測報告”在山東大學(xué)發(fā)布。這項成果基于我國嫦娥六號任務(wù)返回的月壤樣品，揭示了月球背面南極-艾肯（SPA）盆地中富鎂輝石環(huán)（即“鎂環(huán)”）區(qū)域的真實成分，填補了人類對月球背面SPA盆地深部巖石類型及成因認知的空白。上述成果刊登在《自然》旗下《通訊·地球與環(huán)境》上。
嫦娥六號月壤的演化過程示意圖。受訪者供圖
為月球深部物質(zhì)做“X光掃描”
該文第一作者、山東大學(xué)空間科學(xué)研究院行星科學(xué)團隊成員曹海軍博士向記者表示，此次通過嫦娥六號實地采樣與實驗室分析，科研人員首次獲得了這一區(qū)域的“地面真值數(shù)據(jù)”，如同為月球做了一次“深度X光掃描”，讓我們首次得以了解月球背面內(nèi)部某些未知區(qū)域的成分，揭示月球背面月壤的最新秘密。
長久以來，月球背面被認為是充滿神秘色彩的地方，對月球背面的觀測曾一直依賴遙感技術(shù)，缺乏實物依據(jù)。山東大學(xué)空間科學(xué)研究院行星科學(xué)團隊利用拉曼光譜技術(shù)分析了我國嫦娥六號返回的月壤樣品，成功獲得了SPA盆地富鎂輝石環(huán)的世界首份礦物學(xué)“月面真值”。
所謂“月面真值”，是指通過對實際采樣的月壤進行實驗室觀測，獲取的高精度、可信的礦物組成數(shù)據(jù)，相當于一份月球地質(zhì)的“檢測報告”。而“富鎂輝石環(huán)”就是指這個地方的巖石里含有大量的低鈣輝石，這是一種富鎂、低鈣的礦物。
SPA盆地是月球上最大、最深和最古老的撞擊盆地，同時也是太陽系類地行星上最大的隕石坑，占整個月球表面的近八分之一。曹海軍表示，形成SPA盆地的大撞擊事件可能挖穿月殼并暴露出月幔等深部物質(zhì)，因此SPA盆地在研究月球早期熱演化、撞擊過程和殼幔組成方面具有重大科學(xué)價值。
新研究刻畫月背月壤演化歷程
上述成果的通訊作者山東大學(xué)教授凌宗成表示，通過對嫦娥六號月壤進行礦物學(xué)統(tǒng)計分析，他們識別出16種礦物，主要以斜長石、輝石為主，富含外來物質(zhì)，但橄欖石和鈦鐵礦含量顯著低于來自月球正面的月壤樣品。
據(jù)了解，嫦娥六號月壤中大約31%到40%的物質(zhì)，主要來自月球SPA盆地一個富鎂輝石的Chaffee S撞擊坑。簡單來說，上述撞擊坑就像是一個巨大的“彈坑”，它釋放的物質(zhì)被月球的重力吸引并落到附近的區(qū)域并與當?shù)赝寥阑旌希纬闪诉@些月壤成分。
科研人員發(fā)現(xiàn)，SPA盆地鎂環(huán)物質(zhì)主要為斜長石（63%-67%）和低鈣輝石（25%-27%）組成的亞鐵蘇長巖。這一富鎂輝石環(huán)的成分與SPA盆地撞擊熔融席形成的初始深成巖相比，斜長石含量明顯偏高。這一特征表明，在SPA盆地的撞擊事件后期，約有61%-63%的月殼物質(zhì)被重新混入到初始蘇長巖中，經(jīng)過撞擊后的“重塑”過程，最終形成了SPA盆地內(nèi)環(huán)狀結(jié)構(gòu)的亞鐵蘇長巖地質(zhì)單元。
基于樣品的光譜學(xué)與礦物學(xué)特征，科研人員首次構(gòu)建了嫦娥六號著陸區(qū)月壤的撞擊混合演化模型，將月壤的形成歷程劃分為五個階段：
第一階段為約28億年前玄武巖單元的噴發(fā)與冷卻，奠定了月壤母巖基礎(chǔ)；第二階段，遠端大型撞擊將富含鎂的蘇長巖碎屑濺射至著陸區(qū)；第三階段，著陸區(qū)經(jīng)歷多次次生撞擊，導(dǎo)致濺射物進一步粉碎；第四階段，小型撞擊事件持續(xù)發(fā)生，不僅補充了粗粒物質(zhì)，還誘發(fā)低溫沖擊變質(zhì)作用，使月壤逐漸細?；?；第五階段，在長期太空風(fēng)化作用下，月壤最終形成了豐富的細粒顆粒、膠結(jié)玻璃與金屬鐵成分。
凌宗成說，這項發(fā)現(xiàn)有助于我們理解月球的歷史和演化過程，尤其是它如何從年輕時的高溫狀態(tài)逐漸冷卻，經(jīng)歷太陽系早期巨型撞擊、后續(xù)系列火山噴發(fā)以及晚期月壤太空風(fēng)化等地質(zhì)過程，最終形成今天的模樣。
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