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中國科學院國家空間科學中心空間天氣學國家重點實驗室研究員劉洋團隊基于“嫦娥四號”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)，首次在月表原位識別出年齡在1個百萬年以內(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遙感探測直接觀測到碳質(zhì)球粒隕石的撞擊殘留物。

劉洋團隊的發(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，研究顯示，比較年輕的月表物質(zhì)（如“嫦娥五號”返回樣品）中存在撞擊體殘留物的可能性。而對這些可能存在于“嫦娥五號”樣品中撞擊體殘留物的直接分析，將對地月系統(tǒng)撞擊體成分和類型的演變歷史提供重要參考，并有望對太陽系軌道動力學演化進行進一步約束，增進關于內(nèi)太陽系撞擊歷史的了解。近日，相關研究成果發(fā)表在

Nature Astronomy（《自然-天文》）上。

“嫦娥四號”探測器于2019年1月成功著陸于月球背面南極-艾肯盆地的馮·卡門撞擊坑中，其搭載的“玉兔二號”巡視器隨后對月表開展了持續(xù)的巡視探測?！坝裢枚枴毖b備的全景相機和可見-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)（

為了進一步確認上述分析結果，劉洋團隊對該撞擊坑進行了詳盡的形貌分析（圖3）?；凇坝裢枚枴比跋鄼C獲取的立體影像對，科研人員采用攝影測量方法，構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）。研究對四個不同方向的高程剖面分析顯示，當包含中央凹陷時該撞擊坑的深度-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。為了進一步對上述研究結果進行限定，劉洋團隊利用數(shù)值模擬技術對該撞擊坑開展研究。結果顯示，一個直徑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。分析結果表明，該撞擊坑可能是一個小型碳質(zhì)隕石撞擊后形成。

撞擊輸運過程被認為是月球表面水及永久陰影區(qū)水冰的主要貢獻者之一，而碳質(zhì)小行星是小天體中相對比較富含水及揮發(fā)分的一類（圖4），在撞擊過程中其攜帶的水可能有部分得以保留在月表。此前在地面進行的高速撞擊模擬實驗研究發(fā)現(xiàn)，撞擊體中可能有達30 wt.%的水得以保留在撞擊熔體或殘留物中?；谧矒艨油嘶Ｐ停瑒⒀髨F隊對該撞擊坑的形成年齡進行估算，結果表明該撞擊坑應該形成于距今一百萬年以內(nèi)。這對碳質(zhì)撞擊殘留物的直接觀測結果表明，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”從月表一個相對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)類似的撞擊殘留物。屆時，結合主微量元素與同位素年代學分析，將可以對撞擊體成分與類型演變進行更好的限定。未來，利用更高空間分辨率的遙測光譜數(shù)據(jù)，將有可能在月表更多地方發(fā)現(xiàn)類似的撞擊殘留物分布，從而進一步加深對月球水的來源與分布的認識。

美國夏威夷大學、澳門科技大學、北京大學和香港理工大學等的科研人員參與該研究。研究工作得到國家自然科學基金、中科院戰(zhàn)略性先導科技專項、民用航天領域預先研究及中國博士后科學基金會特別資助等的支持。