紫金山天文臺揭示嫦娥五號月壤實驗室光譜特性
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】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。中國科學院紫金山天文臺行星光譜學研究團組對嫦娥五號月壤進行了實驗室光譜測試與分析，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、高精度的實驗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別與地質成因解譯。
我國嫦娥五號任務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會。同時，對比實驗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間更長。在反射率上，實驗室光譜在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，提示樣品比未擾動的原始月壤新鮮很多。這是由于著陸時火箭吹走了最表層成熟的細顆粒月壤。這與課題組此前基于嫦娥三號玉兔月球車原位光譜的發(fā)現(xiàn)一致。進而，研究表明，最表層的太空風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。嫦娥五號樣品為月球晚期玄武巖TiO2含量反演提供了關鍵定標點。
相關研究成果Visible and near-infrared spectral results of Chang’E-5 surficial and subsurface soils于近日發(fā)表在《天文學與天體物理學》(Astronomy & Astrophysics)上。研究工作得到國家自然科學基金等的支持。
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