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嫦娥五号着陆区地质特征研究及对返回样品物源的制约
2021-04-30 12:07:22 乔乐    (点击次数:)

20201124(北京时间),我国嫦娥五号探测器于文昌航天发射场发射升空,121日着陆于月球正面风暴洋东北部的预选着陆区并开展月面采样工作,最终于1217日,成功返回于内蒙古四子王旗预定区域,标志着我国首次地外天体采样返回任务圆满完成。这是时隔44年,人类探测器首次实现月球采样返回探测,也是自阿波罗任务以来,自地外天体返回样品最多(1.7 kg)的深空探测任务。撞击坑统计定年分析显示,嫦娥五号着陆区月海玄武岩的年龄介于1–2 Ga,是月球上最为年轻的月海之一,且比以往月球玄武岩样品都年轻。嫦娥五号返回样品为深入研究月球晚期火山活动提供了前所未有的契机。

行星科学团队乔乐副研究员等人综合利用多源遥感探测获取的月表多源高分辨率影像、地形及光谱等数据,对采样点周围区域的详细地质特征进行了分析。研究发现:

(1)采样点位于月球上最长(>500 km)的蜿蜒型月溪(夏普月溪,Rima Sharp)西侧< 20 km的位置,形成该月溪的大规模模溢流式喷发活动可能就是嫦娥五号采样点月海玄武岩的源头。同时,在采样点西侧仅2 km的位置,分布一个长约20 km的小型月海皱脊。对嫦娥五号返回样品的分析有望为深入认识月表蜿蜒型月溪和月海皱脊的成因机制提供关键信息。

(2)采样区位于一个东西走向的缓坡上,在20 km的范围内,地形起伏约为60 m,但是采样区局部地形比较平坦,超过90%的地区坡度小于5°(30 m基线)

(3)采样区主要形貌特征为大量直径小于1 km的圆形撞击坑,这些坑表现出一系列退化状态及内部结构。在采样点西北侧约200 m的位置,分布了一个直径约400 m的撞击坑(“NW-400”撞击坑),所以采样点位于该撞击坑连续溅射毯之上。对返回样品的定年分析有望识别出该撞击事件并确定该坑的形成年龄。

(4)在采样点附近,还分布了很多二次坑特征,包括成簇状或链状的小坑群及线性沟壑构造。通过高分辨率影像分析,识别出了两套覆盖采样点的二次坑构造,分别沿北西-南东及北东-南西走向,其源区可能分别是哥白尼(Copernicus)和哈尔帕卢斯(Harpalus)撞击坑。混入外来非月海溅射物质,虽然会干扰样品数据分析与科学解译,但是也会增加返回样品的多样性,提供更多的科学潜力。

(5)采样区的月海玄武岩FeO含量约为18 wt. %TiO2约为6 wt.%,矿物成分以高钙辉石为主,且有着较高的橄榄石含量,而外来溅射物具有较低的铁含量。

(6)基于上述地质学分析,在采样区识别出了四期次地质事件,依次为:(a)形成采样区月海玄武岩的爱拉托逊纪火山作用,其年龄介于1–2 Ga(b)区域性构造活动,形成了采样区西侧的小型月海皱脊,(c)形成“NW-400”撞击坑的小型撞击作用,(d)来自哥白尼及哈尔帕卢斯撞击坑的溅射物,其中哥白尼坑的年龄一般认为是0.8 Ga。值得一提的是,这些地质事件的年龄,虽然尚未准确确定,但是可能都位于现有月球样品年龄的空白区”(~0.8–3.1 Ga),对嫦娥五号样品的详细定年研究有望对定标月球撞击坑通量及月球年代学函数提供新的定标点,从而深化对全月地质历史的认知。

研究成果发表于行星科学专业期刊Icarus.

Qiao, L., Chen, J., Xu, L., Wan, S., Cao, H., Li, B., Ling, Z., 2021. Geology of the Chang'e-5 landing site: Constraints on the sources of samples returned from a young nearside mare. Icarus, 364, 114480, doi: 10.1016/j.icarus.2021.114480.

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.icarus.2021.114480

本研究得到国家重点研发计划资助、民用航天技术预先研究项目、国家自然科学基金、中国博士后科学基金及澳门科学技术发展基金的资助。

1.嫦娥五号采样点周围200×200 km区域影像及地形图。图a中,橘色十字为采样点,蓝色线条为夏普月溪,绿色线条为月海皱脊,粉色多边形为非月海富硅质穹窿。

2. 嫦娥五号采样区附近影像。其中,图abLROC NAC影像数据,图c为嫦娥五号着陆相机影像数据。

3. 覆盖嫦娥五号采样区的二次坑构造,及其源区撞击坑。


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