【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】紫金山天文臺行星光譜學(xué)研究團(tuán)組對嫦娥五號月壤進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室光譜測試與分析，研究樣品包括鏟取樣和鉆取樣，反演了月壤成熟度，揭示了月球年輕玄武巖風(fēng)化和元素特性。相關(guān)研究成果發(fā)表在《Astronomy & Astrophysics》雜志上。
可見光近紅外反射光譜(VNIR)可用于研究月球礦物組成、元素含量、太空風(fēng)化等。過去由于缺乏年輕的月球樣品，對月球高分辨率、高精度的實(shí)驗(yàn)室光譜的研究局限于較老的阿波羅樣品，而對年輕玄武巖的研究只能依賴遙感光譜。而遙感光譜的空間分辨率、光譜分辨率以及信噪比都較低，此外寬譜段還存在不同探測器拼接的問題，這些都制約了礦物的正確識別與地質(zhì)成因解譯。
我國嫦娥五號任務(wù)首次返回了年輕玄武巖的月壤樣品，包括鏟取的表層和鉆取的次表層月壤，為研究月壤剖面的變化提供了寶貴機(jī)會。同時，對比實(shí)驗(yàn)室光譜和遙感獲得的光譜，將有助于理解月壤樣品與遙感的差異以及樣品的代表性。
研究發(fā)現(xiàn)，與次表層月壤相比，表層月壤的1000 nm (Band I)和2000 nm (Band II)波段深度均更淺(即吸收特征更微弱)，可見光近紅外連續(xù)統(tǒng)斜率(VNCS)更陡，說明表層月壤比次表層月壤略成熟(即暴露在月表的時間更長)(圖1)。在反射率上，實(shí)驗(yàn)室光譜在1500 nm和750 nm處的反射率分別比遙感光譜(M3 OP2C1)高1.33和1.55倍。在吸收強(qiáng)度上，鏟取樣與鉆取樣Band I吸收深度分別為12%和16%，高于M3數(shù)據(jù)的10% (圖2)。
采用兩種方法計算的表層樣品的成熟度指數(shù)(Is/FeO)平均為62，屬于成熟范圍。次表層的Is/FeO平均為46，屬于亞成熟(圖3)。而遙感光譜獲得的Is/FeO為102，顯著大于樣品，說明樣品比未擾動的原始月壤新鮮很多。這是因?yàn)橹憰r火箭吹走了最表層成熟的細(xì)顆粒月壤。該發(fā)現(xiàn)與本課題組過去基于嫦娥三號玉兔月球車原位光譜的發(fā)現(xiàn)一致。本研究還說明，最表層的太空風(fēng)化速率比垂直翻耕速率更快。
紫外可見光(UV-vis)比值常被用于估算月球TiO2含量。在全月各種玄武巖中，過去由于缺乏年輕玄武巖樣品，月球晚期玄武巖TiO2估算有最大的不確定性。嫦娥五號樣品為月球晚期玄武巖TiO2含量反演提供了一個關(guān)鍵定標(biāo)點(diǎn)(圖4)。
論文第一和通訊作者是中國科學(xué)院紫金山天文臺吳昀昭研究員。該成果得到國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目共同資助。
圖1. (a)嫦娥五號和阿波羅月壤樣品的實(shí)驗(yàn)室光譜。(b)連續(xù)統(tǒng)去除后的光譜。
圖2. (a)嫦娥五號樣品實(shí)驗(yàn)室光譜以及著陸點(diǎn)M3光譜。(b)去除連續(xù)統(tǒng)后。
圖3. (a) Is/FeO vs 750/950. (b) Is/FeO vs OMAT兩種方法反演的光學(xué)成熟度一致。
圖4. 嫦娥五號和阿波羅樣品TiO2含量與415/750分布圖。
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