嫦娥三号首次揭秘月球着陆区地质与浅表层结构

2015年03月15日 09:08 新浪科技

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  新浪科技讯 3月15日消息,来自中国地质大学(武汉)行星科学研究所(微博 @探索那星空)的消息,2015年3月13日,国际顶级学术期刊《Science》刊登了我国“嫦娥三号”探月工程的最新探测成果。利用嫦娥三号的探测数据,我国科学家首次研究报道了雨海北部地区的地质特征及其浅表层的地质结构,对于探索月球的岩浆演化历史和后期改造作用具有非常重要的意义。

  2013年12月15日,嫦娥三号着陆器携带“玉兔”月球车成功着陆在预定的区域。其中着陆器上搭载了降落相机、地形地貌相机、月基天文望远镜和极紫外相机,“玉兔”号月球车上搭载了全景相机、测月雷达、红外成像光谱仪和粒子激发X射线谱仪。月球车的主要任务是获取行走路线沿途的地形地貌数据、月壤的成分数据和测月雷达数据,完成月表形貌与地质构造和月表物质成分调查,探测次表层地质结构等科学目标。

  这篇文章利用降落相机、全景相机和测月雷达获得的探测数据,结合对以往月球环绕卫星遥感影像和光谱数据的解译,首次揭示了雨海北部的形貌和地质结构。该文的研究显示,嫦娥三号着陆在一个直径约为450米的年轻的撞击坑边缘,玉兔在这个撞击坑的溅射毯上行走了约114米(图1),在历经两个月昼(相当于约28个地球日)的照相和雷达探测中,获得了沿途高分辨率的影像和雷达探测数据。形貌分析和解译表明,这个直径为450米的撞击坑形成于哥白尼纪,绝对年龄大约为30-80百万年。该撞击坑挖掘出了很多大的石块,其中距离玉兔行走路线最近的“龙岩”长约4米,高约1.5米,表面显示粗粒结构,可能是由粗粒的斜长石和/或辉石、橄榄石等矿物(集合体)构成,与地球上的辉长岩较为相似,而显著不同于以往阿波罗采集到的月海玄武岩样品。

图1. 嫦娥三号着陆点及玉兔行走探测路线图(直径为450m的撞击坑位于着陆点西边约50米的位置,参见图2)  图1. 嫦娥三号着陆点及玉兔行走探测路线图(直径为450m的撞击坑位于着陆点西边约50米的位置,参见图2)

  该撞击坑形成之后,月面受到了持续的陨石撞击和空间风化作用,并在溅射毯之上形成了厚度大约1米的月壤。测月雷达对次表层深达近400米的地下结构进行了探测,其中低频和高频雷达分别获得了深部和浅部的地质结构信息,共识别出7个主要地质界面。综合区域地质分析,本文对这些界面的性质进行了分析,首次揭示了雨海纪(39-32亿年)和埃拉托欣纪(32-15亿年)多次玄武岩及火山碎屑岩对雨海的充填事件,以及多个火山事件间隔期形成的月壤层等(图2)。这一成果显示,雨海经历的火山事件和撞击改造及空间风化事件异常复杂,需要重新思考月球的火山地质与热演化历史。

  这项成果由中国地质大学(武汉)、澳门科技大学、中国科学院电子所和中科院国家天文台等单位共同完成。

  据悉,这是我国嫦娥探月工程实施以来,首次在国际顶级学术期刊上发表的科学成果,展示了我国在载荷研制、工程实施、数据处理和月球科学研究方面的高水平。

  论文第一作者,中国地质大学(武汉)肖龙教授及其团队成员认为,这次报道的只是初步成果,对本文中识别出的多次月海玄武岩充填事件及形成的熔岩和火山碎屑岩的厚度,成分探测数据的分析和确认,多个月壤层对应的空间风化速率,“龙岩”露头上粗粒结构的形成条件和成因,月海记录的热演化历史等,都在继续研究中。这些问题的解决,将进一步提升月球科学的研究水平。同时,通过与以往着陆区的对比研究,将对不同区域表层月壤的厚度和性质等提供有效制约,对嫦娥五号采样点的选择提供重要参考。

  文章来源:Long Xiao, Peimin Zhu, Guangyou Fang, Zhiyong Xiao, Yongliao Zou, Jiannan Zhao, Na Zhao, Yuefeng Yuan, Le Qiao, Xiaoping Zhang, Hao Zhang, Jiang Wang, Jun Huang, Qian Huang, Qi He, Bin Zhou, Yicai Ji, Qunying Zhang, Shaoxiang Shen, Yuxi Li, Yunze Gao. A Young Multilayered Terrane of the Northern Mare Imbrium Revealed by Chang’E-3 Mission, Science

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