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(資料圖片)

我國(guó)嫦娥五號(hào)月球探測(cè)器于2020年12月著陸于月球正面風(fēng)暴洋克里普地體的東北部地區(qū)，隨后對(duì)著陸點(diǎn)附近的月表物質(zhì)進(jìn)行了采樣并成功月壤樣品帶回地球。風(fēng)暴洋克里普地體的東北部地區(qū)之所以被選擇成為嫦娥五號(hào)任務(wù)的著陸區(qū)，主要在于它被認(rèn)為是月球表面最年輕的玄武巖單元之一并且富含鈾、釷、鉀等生熱元素。先前模擬研究認(rèn)為，風(fēng)暴洋克里普地體中富含的生熱元素恰恰是維持月球火山活動(dòng)的主要原因。因此，對(duì)于嫦娥五號(hào)著陸區(qū)玄武巖厚度及其噴發(fā)速率的研究將進(jìn)一步增進(jìn)人們對(duì)于月球火山活動(dòng)與內(nèi)部熱演化歷史的認(rèn)識(shí)。

近日，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心太陽(yáng)活動(dòng)與空間天氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究人員與中科院上海天文臺(tái)、北京大學(xué)、山東大學(xué)(威海)研究人員合作，對(duì)嫦娥五號(hào)著陸區(qū)的玄武巖厚度進(jìn)行了估算。研究人員依據(jù)嫦娥五號(hào)著陸區(qū)撞擊坑濺射物中鈦含量的分布特征，并結(jié)合月表撞擊坑統(tǒng)計(jì)定年結(jié)果與嫦娥五號(hào)玄武巖樣品的放射性同位素定年結(jié)果，確定了嫦娥五號(hào)著陸點(diǎn)及周邊地區(qū)玄武巖單元的形成先后順序。研究團(tuán)隊(duì)利用光學(xué)、地形、光譜以及重力等多源遙感數(shù)據(jù)，基于穿透與未穿透撞擊坑的挖掘深度、部分淹沒(méi)撞擊坑的地形演化過(guò)程以及描述重力與地形相關(guān)程度的有效密度譜，估算了嫦娥五號(hào)著陸區(qū)各下伏玄武巖單元的厚度。

研究結(jié)果表明，嫦娥五號(hào)著陸區(qū)至少經(jīng)歷了四次火山巖漿噴發(fā)，厚度中值分別為230米、70米、4米以及36米。從玄武巖厚度的空間分布趨勢(shì)來(lái)看，研究發(fā)現(xiàn)隨著與Rima、Mairan兩條月溪的距離逐漸增加，玄武巖的厚度遞減，這表明Rima與Mairan兩條月溪的火山口為嫦娥五號(hào)著陸區(qū)玄武巖的噴發(fā)源頭。進(jìn)一步地，結(jié)合各玄武巖單元的面積與年齡估算結(jié)果，研究計(jì)算了嫦娥五號(hào)著陸區(qū)玄武巖的噴發(fā)速率，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)的巖漿噴發(fā)通量在月球火山活動(dòng)晚期(約20億年前)有顯著(約2個(gè)數(shù)量級(jí))增強(qiáng)。

研究認(rèn)為，月球正面風(fēng)暴洋克里普地體中富含生熱元素是月球晚期火山活動(dòng)依舊活躍的主要原因。然而，最新的樣品研究結(jié)果表明，嫦娥五號(hào)著陸區(qū)的玄武巖并非克里普玄武巖。該研究提出一種可能性，即風(fēng)暴洋克里普地體中的生熱元素的確為月幔部分熔融區(qū)域提供了熱源，但是巖漿在由月幔快速上升至月表的過(guò)程中可能并沒(méi)有來(lái)得及與風(fēng)暴洋克里普地體中的克里普成分充分混合，從而導(dǎo)致嫦娥五號(hào)玄武巖樣品中并未測(cè)量到較多的克里普物質(zhì)。此外，嫦娥五號(hào)著陸區(qū)的月殼厚度比平均月殼厚度小25%左右，且早期鄰近的雨海盆地撞擊事件可能在月殼中形成了大規(guī)模的裂隙構(gòu)造，這些因素都有利于月幔中的巖漿噴發(fā)至月表。月球晚期火山活動(dòng)的維持機(jī)制一直是月球科學(xué)研究中的熱點(diǎn)問(wèn)題，而對(duì)于嫦娥五號(hào)玄武巖樣品的進(jìn)一步挖掘研究，有望為現(xiàn)有的月球熱化學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型提供新的約束，從而為解釋月球火山活動(dòng)的持續(xù)時(shí)間與噴發(fā)規(guī)模提供有力證據(jù)。

(總臺(tái)央視記者 帥俊全)