中科院比较行星学卓越创新中心骨干成员张昊教授团队与澳门科技大学祝梦华教授等合作,通过比较“嫦娥四号”在第三月昼测量的岩块的光谱和月球陨石和返样岩石的光谱相似度,推测出这个岩块的斜长石含量在60-80%之间;通过撞击模拟,推测这个岩块很可能来自织女撞击坑。这些结果表明,着陆区的表层物质可能经历了较复杂的演化并可能有多处来源。
嫦娥四号在着陆月球背面后的第三个月昼,其巡视器玉兔2号利用携带的可见-近红外成像光谱仪,对一块月岩进行了光谱测量(图1)。相比于周围月壤的光谱,该岩块的光谱具有更深的1um、2um吸收峰,这种差异在去掉光谱包络线(图1中青蓝色虚线)之后更明显(图1)。
![]()
图1.玉兔2号拍摄的岩块和测量的月壤(regolith)和岩块的光谱。右上两幅成像光谱仪的图分别是月壤和岩块的在600nm的影像,黄色圈内是光谱仪的重叠视域;左图是一条岩块的光谱和多条月壤的光谱(包含前五月昼的部分光谱数据);右下是去掉光谱包络线的光谱,岩块1um的吸收峰非常明显。
从光谱反演得到岩块的矿物成分,我们采用的方法,类似于“指纹对比”:我们把嫦娥四号岩块的光谱和实验室测量的月球样品(月球陨石和Apollo返样月岩)的光谱(总共755条)进行对比,找到光谱相似度最匹配的月球样品,查找最匹配的月球样品的矿物信息,反推出嫦娥四号岩块的矿物组成。通过该方法,我们找到了光谱相似度最匹配的月球陨石和返样月岩(图2),它们分别是Yamato-86032#117和Apollo-15565#57,两者的矿物组成都是斜长石为主(>50%)。进一步,通过比对具有矿物含量信息的返样光谱,我们推测出该岩块的斜长石含量在60-80%之间。![]()
图2.嫦娥四号岩块光谱N_0015、与嫦娥四号岩块光谱最匹配的月球陨石Yamato-86032#117和返样月岩的光谱Apollo-15565#57(三条光谱都已去掉光谱包络线)。
月球表面的岩石多为撞击过程中形成的溅射物,玉兔2号探测的岩块可能也是其他撞击坑的溅射物。为了找到岩块的来源,我们再次计算了嫦娥四号岩块光谱和着陆区遥测光谱的相似度,结果发现位于着陆点西边30km左右的织女撞击坑,其周边具有较高的光谱相似度(图3),我们认为这个岩块可能是来自织女坑的溅射物。![]()
图3.嫦娥四号岩块光谱和着陆区遥测光谱的相似度投图。相似度数值用颜色表示,颜色越偏向于红色,相似度越高(需要注意,多数红色点在影像拼接处,多为噪点);可以看到织女坑(Zhinyu)周边具有较高的光谱相似度;图中还标注了嫦娥四号着陆点(CE-4)和芬森(Finsen)撞击坑的位置。
使用数值仿真的方法,我们模拟了织女坑的形成过程,以及溅射物的分布情况,模拟结果支持岩块可以从织女坑溅射到着陆点附近;数值仿真结果还显示,岩块的起始位置在原织女坑(未形成织女坑前)下面,距离月表60-100m。早期对着陆区的地层单元分析表明,着陆区覆盖有芬森和其他撞击坑的溅射物,总厚度约50m;溅射物下面是玄武岩层。然而,对岩块成分和来源的分析表明,在溅射物和玄武岩层之间,可能还存在一层以斜长石为主的单元。另外,我们先前对前两月昼月壤光谱数据的分析表明,着陆区的表层物质可能来自芬森撞击坑(Hu et al., 2019, GRL)。结合这次对岩块的光谱分析,我们认为,着陆区的表层物质演化比较复杂,具有多个来源。本研究得到了国家自然科学基金(11941001, 11773023, 11773087, U1631124)和澳门科学技术发展基金(0079/2018/A2)等项目的支持。 第一作者马佩,2018年于中国地质大学(武汉)地质学专业毕业,现为中国地质大学(武汉)行星科学研究所硕士研究生,研究方向为行星遥感。通讯作者张昊教授为比较行星学卓越创新中心成员。
· 往期推荐 ·
敌(太阳)动我(玉兔)不动 <下>: 解码月壤光度特性
![]()