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中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心空間天氣學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員劉洋團(tuán)隊(duì)基于“嫦娥四號(hào)”巡視器獲取的具有超高空間分辨率的影像與光譜數(shù)據(jù)，首次在月表原位識(shí)別出年齡在1個(gè)百萬(wàn)年以?xún)?nèi)的碳質(zhì)球粒隕石撞擊體殘留物。 先前研究在“阿波羅樣品”中發(fā)現(xiàn)了碳質(zhì)球粒隕石碎片，但從未在月球表面通過(guò)遙感探測(cè)直接觀測(cè)到碳質(zhì)球粒隕石的撞擊殘留物。

劉洋團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)表明，富含揮發(fā)分的碳質(zhì)小行星的撞擊或仍為現(xiàn)在的月球提供水源。同時(shí)，研究顯示，比較年輕的月表物質(zhì)（如“嫦娥五號(hào)”返回樣品）中存在撞擊體殘留物的可能性。而對(duì)這些可能存在于“嫦娥五號(hào)”樣品中撞擊體殘留物的直接分析，將對(duì)地月系統(tǒng)撞擊體成分和類(lèi)型的演變歷史提供重要參考，并有望對(duì)太陽(yáng)系軌道動(dòng)力學(xué)演化進(jìn)行進(jìn)一步約束，增進(jìn)關(guān)于內(nèi)太陽(yáng)系撞擊歷史的了解。近日，相關(guān)研究成果發(fā)表在

Nature Astronomy（《自然-天文》）上。

“嫦娥四號(hào)”探測(cè)器于2019年1月成功著陸于月球背面南極-艾肯盆地的馮·卡門(mén)撞擊坑中，其搭載的“玉兔二號(hào)”巡視器隨后對(duì)月表開(kāi)展了持續(xù)的巡視探測(cè)。“玉兔二號(hào)”裝備的全景相機(jī)和可見(jiàn)-近紅外成像光譜儀，可以獲取超高分辨率的月表影像與高光譜數(shù)據(jù)（

為了進(jìn)一步確認(rèn)上述分析結(jié)果，劉洋團(tuán)隊(duì)對(duì)該撞擊坑進(jìn)行了詳盡的形貌分析（圖3）?；凇坝裢枚?hào)”全景相機(jī)獲取的立體影像對(duì)，科研人員采用攝影測(cè)量方法，構(gòu)建了覆蓋該小撞擊坑及附近區(qū)域的高精度數(shù)字高程模型（DEM）。研究對(duì)四個(gè)不同方向的高程剖面分析顯示，當(dāng)包含中央凹陷時(shí)該撞擊坑的深度-直徑比值在1:5左右，去除中央凹陷后的深度-直徑比值在1:10左右。這比該區(qū)域的二次撞擊坑的深度-直徑比（1:17左右）要高很多，表明該撞擊坑應(yīng)該屬于一次撞擊坑，而非原始撞擊產(chǎn)生的濺射體再次撞擊月表形成的二次撞擊坑。為了進(jìn)一步對(duì)上述研究結(jié)果進(jìn)行限定，劉洋團(tuán)隊(duì)利用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)該撞擊坑開(kāi)展研究。結(jié)果顯示，一個(gè)直徑15 cm的疏松撞擊體以15 km/s的速度（月表的典型撞擊體速度）撞擊月表可以形成上述觀測(cè)到的小撞擊坑形貌特征，并有殘留物分布于撞擊坑中心。分析結(jié)果表明，該撞擊坑可能是一個(gè)小型碳質(zhì)隕石撞擊后形成。

撞擊輸運(yùn)過(guò)程被認(rèn)為是月球表面水及永久陰影區(qū)水冰的主要貢獻(xiàn)者之一，而碳質(zhì)小行星是小天體中相對(duì)比較富含水及揮發(fā)分的一類(lèi)（圖4），在撞擊過(guò)程中其攜帶的水可能有部分得以保留在月表。此前在地面進(jìn)行的高速撞擊模擬實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，撞擊體中可能有達(dá)30 wt.%的水得以保留在撞擊熔體或殘留物中。基于撞擊坑退化模型，劉洋團(tuán)隊(duì)對(duì)該撞擊坑的形成年齡進(jìn)行估算，結(jié)果表明該撞擊坑應(yīng)該形成于距今一百萬(wàn)年以?xún)?nèi)。這對(duì)碳質(zhì)撞擊殘留物的直接觀測(cè)結(jié)果表明，相似的碳質(zhì)隕石殘留物可能在月表非常普遍，在“嫦娥五號(hào)”從月表一個(gè)相對(duì)年輕的玄武巖單元里采集返回的樣品中將有很大概率發(fā)現(xiàn)類(lèi)似的撞擊殘留物。屆時(shí)，結(jié)合主微量元素與同位素年代學(xué)分析，將可以對(duì)撞擊體成分與類(lèi)型演變進(jìn)行更好的限定。未來(lái)，利用更高空間分辨率的遙測(cè)光譜數(shù)據(jù)，將有可能在月表更多地方發(fā)現(xiàn)類(lèi)似的撞擊殘留物分布，從而進(jìn)一步加深對(duì)月球水的來(lái)源與分布的認(rèn)識(shí)。

美國(guó)夏威夷大學(xué)、澳門(mén)科技大學(xué)、北京大學(xué)和香港理工大學(xué)等的科研人員參與該研究。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)、民用航天領(lǐng)域預(yù)先研究及中國(guó)博士后科學(xué)基金會(huì)特別資助等的支持。