紫金山天文臺(tái)揭示嫦娥五號(hào)月壤實(shí)驗(yàn)室光譜特性
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】月壤作為月球表面的重要組成部分，其研究對于理解月球的形成、演化和資源利用具有極其重要的意義。中國科學(xué)院紫金山天文臺(tái)行星光譜學(xué)研究團(tuán)組對嫦娥五號(hào)月壤進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)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巖風(fēng)化和元素特性。
可見光近紅外反射光譜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。然而，遙感光譜的空間分辨率、光譜分辨率及信噪比均較低，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(shí)別與地質(zhì)成因解譯。
我國嫦娥五號(hào)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機(jī)會(huì)。同時(shí)，對比實(shí)驗(yàn)室光譜和遙感獲得的光譜，將有助于探討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和2000 nm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(shí)間更長。在反射率上，實(shí)驗(yàn)室光譜在1500 nm和750 nm(M3 OP2C1)處的反射率分別比遙感光譜高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%。
研究顯示，采用兩種方法計(jì)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。而遙感光譜獲得的Is/FeO為102，大于樣品，提示樣品比未擾動(dòng)的原始月壤新鮮很多。這是由于著陸時(shí)火箭吹走了最表層成熟的細(xì)顆粒月壤。這與課題組此前基于嫦娥三號(hào)玉兔月球車原位光譜的發(fā)現(xiàn)一致。進(jìn)而，研究表明，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估算具有不確定性。嫦娥五號(hào)樣品為月球晚期玄武巖TiO2含量反演提供了關(guān)鍵定標(biāo)點(diǎn)。
相關(guān)研究成果Visible and near-infrared spectral results of Chang’E-5 surficial and subsurface soils于近日發(fā)表在《天文學(xué)與天體物理學(xué)》(Astronomy & Astrophysics)上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金等的支持。
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