科技日報記者 陸成寬
2月15日，元宵佳節(jié)到來之際，《自然-天文學(xué)》在線發(fā)表了一項月球科學(xué)研究的重要成果。利用嫦娥五號月球“土特產(chǎn)”的同位素年齡和著陸區(qū)撞擊坑統(tǒng)計結(jié)果，中科院空天信息創(chuàng)新研究院等單位的研究人員在目前常用月球年代函數(shù)的基礎(chǔ)上建立了新的更精確的月球年代函數(shù)模型。
“新的年代函數(shù)模型為月球和行星科學(xué)研究提供更精確的時間標(biāo)尺。”論文第一作者、中科院空天院研究員岳宗玉強調(diào)。
月球著陸采樣區(qū)域(a)和嫦娥五號著陸區(qū)撞擊坑統(tǒng)計(b)。中科院空天院供圖
在月球和行星科學(xué)研究中，確定重要地質(zhì)單元和重大地質(zhì)事件的年齡至關(guān)重要。早期阿波羅（Apollo）和月球（Luna）探測任務(wù)在月球表面采集了樣品，并通過同位素測年方法得到了這些樣品的精確年齡，它們代表了樣品所在地質(zhì)單元的年齡。
為了將這些有限的年齡信息推廣應(yīng)用到整個月球，歐美科學(xué)家們建立了撞擊坑統(tǒng)計定年方法，包括描述撞擊坑大小-頻率分布規(guī)律的產(chǎn)率函數(shù)和描述撞擊坑歸一化頻率與絕對年齡關(guān)系的年代函數(shù)，前者通過遙感圖像撞擊坑統(tǒng)計分析得到，后者通過樣品年齡及其所在地質(zhì)單元撞擊坑歸一化頻率得到。其中最著名和廣泛應(yīng)用的是德國柏林自由大學(xué)格哈特·紐庫姆（Gerhard Neukum）教授于1983年建立的產(chǎn)率函數(shù)和年代函數(shù)。
然而，“遺憾的是，Apollo和Luna采集的樣品年齡在約30億年至10億年間有一個很大的空白區(qū)間，幾乎占據(jù)了月球地質(zhì)歷史的一半，這也使得年代函數(shù)的可靠性一直受到質(zhì)疑。”岳宗玉坦言。
因此，尋找月球表面20億年左右地質(zhì)單元的樣品對驗證和改進月球年代模型具有重大意義，這也成為嫦娥五號任務(wù)的科學(xué)目標(biāo)之一。
2020年12月1日，嫦娥五號在月球正面風(fēng)暴洋北部呂姆克山、夏普月溪附近安全著陸，帶回樣品的同位素測量結(jié)果表明其年齡為20.3億年，與預(yù)期吻合很好。
“嫦娥五號樣品年齡為月球年代函數(shù)的改進提供了一顆珍貴的‘金釘子’，是嫦娥五號樣品對月球科學(xué)研究的一個獨特貢獻。”論文通訊作者、中科院空天院研究員邸凱昌說道。
研究團隊基于高分辨月球遙感影像的撞擊坑統(tǒng)計分析結(jié)果和撞擊坑產(chǎn)率函數(shù)得到嫦娥五號采樣點地質(zhì)單元的撞擊坑歸一化頻率，與嫦娥五號樣品的年齡構(gòu)成建立月球年代函數(shù)模型一組新的控制數(shù)據(jù)，通過非線性最小二乘擬合算法，對格哈特·紐庫姆建立的年代函數(shù)進行更新，建立了新的月球年代函數(shù)模型。
分析表明，根據(jù)新的年代函數(shù)得到的定年結(jié)果在大部分情況下更老一些，最大的差別在2億年左右。
“由于增加了嫦娥五號關(guān)鍵數(shù)據(jù)點，新的月球年代函數(shù)模型定年的精度優(yōu)于經(jīng)典的哈特·紐庫姆建立的年代函數(shù)模型，可用于今后月球地質(zhì)單元的定年。進一步可根據(jù)新的月球年代函數(shù)，推演火星、水星等其他地外行星的新年代函數(shù)，提高定年精度。”邸凱昌說，新月球年代函數(shù)，是一把更精確的時間標(biāo)尺，將在月球和行星科學(xué)研究中發(fā)揮重要作用。
更重要的是，這項成果也得到了審稿人的高度評價。其中一位審稿人表示，“這項原創(chuàng)性工作具有重要意義，我想整個行星科學(xué)領(lǐng)域都會對這個結(jié)果感興趣。”
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