玉兔号月球车揭示雨海地区火山活动历史
    2015年04月14日 09:31:00  来源:地质与地球物理研究所    字体大小[]

      20131214日,我国的嫦娥三号探测器顺利着陆于月球雨海盆地北部年青(约25亿年)的玄武岩流上,它随后开启了着陆器就位探测和玉兔月球车巡视探测,使我国成为世界上第三个独立实施月球软着陆的国家。除全景相机外,玉兔月球车还携带了其它三个科学载荷,分别是探月雷达、可视-近红外成像光谱仪和粒子激发X射线谱仪。在正常工作的两个月昼内,它对月壤进行了2次粒子激发X射线谱分析和4次可见-近红外成像光谱分析,并获取了1条近百米长的测月雷达剖面(图1)。

      

      

      1 嫦娥三号着陆区和玉兔号月球车探测轨迹。 

        AB是着陆区内两个较大的撞击坑。红色五角星代表嫦娥三号着陆位置,黑色线条为玉兔号的探测轨迹。LS1LS2分别指示2次粒子激发X射线谱分析位置,CD5~8指示4次可视-近红外成像光谱分析位置。    

      为了出好成果、快出成果、多出成果,中国科学院月球与深空探测总体部组织院内外科学家,成立了5个科学应用研究核心团队。嫦娥三号任务月球区域地球化学与构造动力学演化模型团队,在责任科学家中科院地质与地球物理所林杨挺研究员的带领下,与月球车载荷研制单位(中科院电子所、高能物理所、上海技物所等)和月球探测地面应用系统密切配合,建立了3个科学探测载荷的数据处理方法,获取了着陆区月壤的化学组成、矿物组成、月壤厚度及其下覆三套玄武岩(深度分别195米、215米和345米)等系列成果,揭示了雨海盆地多次大规模火山喷发的历史。 

      核心团队从可见-近红外成像光谱数据解译出着陆区月壤的矿物组成、光学成熟度、以及FeOTiO2含量,其中矿物组成与阿波罗月海盆地的月壤样品类似。从粒子激发X射线能谱获得了月壤12种元素的准确含量,与阿波罗月海月壤样品相比,着陆区月壤含有高的FeO21.3–22.1 wt%)和TiO24.0–4.3 wt%),低的Al2O310.5–11.5 wt%),说明下覆玄武岩是一种新的类型。特别重要的是,月壤成分中的次要元素K和微量元素ZrYNb的含量,指示了该玄武岩可能混入了10-20%的克里普组分(KREEP,高度富集KREEP,代表月球岩浆洋结晶最后残留的熔体)。基于玉兔的探测结果,该玄武岩可能由富Fe-Ti的月幔源区部分熔融形成,然后在上侵过程中受到月壳底部的克里普岩层混杂,最后溢出月表充填到雨海盆地。同样重要的是,测月雷达探测到这一年青的玄武岩单元厚达195米,说明在晚至25亿年左右,雨海盆地仍有大规模的火山喷发。该区域的火山活动能持续很晚的原因,可能是雨海-风瀑洋地区富集了放射性元素UThK 

      此外,玉兔号也是首次利用雷达在月表实测月壤厚度。借用地震勘探领域的瞬时频谱分析和偏移成像等信号处理技术,获得了着陆区的月壤厚度结构和厚度。雷达信息剖面显示,月壤具有分层结构,其顶部分层厚约0.7米、均一且贫石块,而底界有一定的起伏,平均厚度约5米(图2)。由于月壤是小行星撞击月表岩石形成,其厚度与年龄正相关。着陆区的年龄明显小于其他月海区域,但实测厚度明显大于后者的估算值(2-4米),说明全月球的月壤厚度可能被低估。由于氦-3和氢等重要资源主要赋存于月壤,这一结果对这些重要资源量的估算有较大的影响。

      

      2 探月雷达高频通道获取的着陆区月壤剖面。 

        黑色粗线为上层细粒月尘层底界,红色曲线为月壤的底界面,空心圆点为时频分析给出的月壤与基岩分界点。虚线为5米深度。 

          不同于返回月球样品的实验室分析,玉兔是在月表对原始产状的月壤做就位的化学组成和光谱分析,其结果可作为月球轨道遥感探测数据的校正标准,从而解译出全月球的化学和矿物组成。 

          该研究成果于2015414日发表在国际著名学术期刊Proceedings of the National Academy of the Sciences of the United States of AmericaZhang et al. Volcanic History of the Imbrium Basin: A Close-up View from the Lunar Rover Yutu. Proceedings of the National Academy of the Sciences of the United States of America, 2015, doi:10.1073/pnas.1503082112)。 

        原文链接:http://www.pnas.org/content/early/2015/04/08/1503082112PDF文件下载)     

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