科學家揭示嫦娥五號月壤實驗室光譜特性

2024年06月22日12:33:25 科學 1656

記者從中國科學院紫金山天文台獲悉，該天文台行星光譜學研究團組近期對嫦娥五號月壤進行了實驗室光譜測試與分析，反演了月壤成熟度，揭示了月球年輕玄武岩風化和元素特性。相關研究成果在國際學術期刊《天文學與天體物理學》（Astronomy&Astrophysics）發表。

可見光近紅外反射光譜可用於研究月球礦物組成、元素含量、太空風化等。過去，由於缺乏年輕的月球樣品，對月球高解析度、高精度的實驗室光譜的研究局限於較老的阿波羅樣品，而對年輕玄武岩的研究只能依賴遙感光譜。然而，遙感光譜的空間解析度、光譜解析度及信噪比均較低，寬譜段存在不同探測器拼接的問題，這制約了礦物的正確識別與地質成因解譯。

(a)嫦娥五號和阿波羅月壤樣品的實驗室光譜。(b)連續統去除後的光譜。

(a)嫦娥五號樣品實驗室光譜以及著陸點M³光譜。(b)去除連續統後。

我國嫦娥五號任務首次返回了年輕玄武岩的月壤樣品，包括鏟取的表層和鑽取的次表層月壤，為研究月壤剖面的變化提供了機會。同時，對比實驗室光譜和遙感獲得的光譜，將有助於探討月壤樣品與遙感的差異以及樣品的代表性。

研究發現，與次表層月壤相比，表層月壤的1000nm和2000nm波段深度均更淺即吸收特徵更微弱，可見光近紅外連續統斜率更陡，表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。在反射率上，實驗室光譜在1500nm和750nm（M³OP2C1）處的反射率分別比遙感光譜高1.33和1.55倍。在吸收強度上，鏟取樣與鑽取樣Band I 吸收深度分別為12%和16%，高於M³數據的10%。

研究顯示，採用兩種方法計算的表層樣品的成熟度指數（Is/FeO）平均為62，屬於成熟範圍。次表層的Is/FeO平均為46，屬於亞成熟。而遙感光譜獲得的Is/FeO為102，大於樣品，提示樣品比未擾動的原始月壤新鮮很多。這是由於著陸時火箭吹走了最表層成熟的細顆粒月壤。這與課題組此前基於嫦娥三號玉兔月球車原位光譜的發現一致。進而，研究表明，最表層的太空風化速率比垂直翻耕速率更快。