科技日報記者 陸成寬
月球表面有“天外來客”嗎？“天外來客”能為月球提供水？基于“嫦娥四號”獲取的具有超高空間分辨率的影像與光譜數據，中國科學院國家空間科學中心等單位的研究人員首次在月球表面識別出年齡在一百萬年以內的碳質球粒隕石撞擊體殘留物。研究表明，富含揮發成分的碳質小行星的撞擊或仍然為現在的月球提供水源，同時，比較年輕的月表物質（如“嫦娥五號”返回樣品）中可能有撞擊體殘留物。相關研究成果發表在《自然·天文》上。
“對可能存在于‘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，增進關于內太陽系撞擊歷史的了解。”11月30日，中科院國家空間科學中心研究員劉洋告訴科技日報記者。
首次在月球表面發現碳質球粒隕石的撞擊殘留物
“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，其搭載的“玉兔二號”巡視器隨后對月表開展了持續的巡視探測，獲取了超高分辨率的月表影像與高光譜數據。
劉洋表示，在月表巡視的過程中，“玉兔二號”發現了一個小的新鮮撞擊坑，并對這個撞擊坑進行了詳細的光譜探測。
基于該撞擊坑影像和光譜數據，研究團隊發現，撞擊坑中心的疑似“殘留物”與坑內及坑外的典型月壤、巖石碎塊的光譜呈現明顯不同的特征。
劉洋解釋道，通常情況下，月表巖石或月壤的反射光譜會呈現出“紅化”的特征，并且月表發生的太空風化作用一般會進一步加劇這種紅化特征，即反射率隨著波長的增加而增加；然而，撞擊坑中心疑似殘留物的光譜卻呈現出“藍化”的特征，即反射率隨著波長增加而減小。
由此，研究團隊推測，或存在某種具有藍化光譜特征的外來撞擊體物質混入撞擊坑中。“以往研究人員在‘阿波羅樣品’中發現了碳質球粒隕石碎片，但從未在月球表面通過遙感探測直接觀測到碳質球粒隕石的撞擊殘留物。這是首次在月球表面直接觀測到碳質球粒隕石的撞擊殘留物。”劉洋指出。
事實上，小行星中，只有碳質小行星的光譜存在藍化特征。研究人員搜集了大量碳質球粒隕石的光譜，經過仔細對比后發現，該殘留物確實與碳質隕石光譜具有很高的相似度。
撞擊體中可能有水得以保留在撞擊熔體或殘留物中
為確認分析結果，研究團隊又對該撞擊坑進行了詳盡的形貌分析。
“基于‘玉兔二號’全景相機獲取的立體影像，我們人員采用攝影測量方法，構建了覆蓋該小撞擊坑及附近區域的高精度數字高程模型。”劉洋說。
分析表明，該撞擊坑可能屬于一次撞擊坑，而非原始撞擊產生的濺射體再次撞擊月表形成的二次撞擊坑。
為了進一步對研究結果進行限定，研究人員還利用數值模擬技術對該撞擊坑開展研究。結果顯示，一個直徑15厘米的疏松撞擊體以15公里/秒的速度撞擊月表可以形成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。
“這樣，我們就可以確認，該撞擊坑應該是一個小型碳質隕石撞擊后形成的。”劉洋強調。
撞擊輸運過程被認為是月球表面水及永久陰影區水冰的主要貢獻者之一，而碳質小行星是小天體中相對比較富含水及揮發分的一類，在撞擊過程中，其攜帶的水可能部分得以保留在月表。
劉洋說，此前在地面進行的高速撞擊模擬實驗研究發現，撞擊體中可能有水得以保留在撞擊熔體或殘留物中。
基于撞擊坑退化模型，研究團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。
更重要的是，相似的碳質隕石殘留物可能在月表非常普遍，“嫦娥五號”樣品中將有很大概率發現類似的撞擊殘留物。
劉洋表示，利用更高空間分辨率的遙測光譜數據，未來有可能在月表發現更多類似的撞擊殘留物，從而進一步加深對月球水的來源研究。
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