2月15日是中國的傳統(tǒng)節(jié)日元宵節(jié)，當(dāng)天，中國科學(xué)家利用嫦娥五號帶回來的“土特產(chǎn)”，在《自然—天文學(xué)》上發(fā)布了一項月球科學(xué)研究的重要成果。他們根據(jù)嫦娥五號月球樣品的同位素年齡和著陸區(qū)撞擊坑統(tǒng)計結(jié)果，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年代函數(shù)模型，為月球和行星科學(xué)研究提供了更精確的“時間標(biāo)尺”。該研究由中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院遙感科學(xué)國家重點實驗室行星遙感團(tuán)隊聯(lián)合中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所、國家天文臺共同完成。
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。為將月球樣品有限的年齡信息應(yīng)用到月球全球，歐美科學(xué)家建立了撞擊坑統(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)，其中最著名的是德國柏林自由大學(xué)教授格哈特·紐庫姆在1983年建立的產(chǎn)率函數(shù)和年代函數(shù)。
遺憾的是，“阿波羅(Apollo)”和“月球(Luna)”采集的樣品年齡在約10億年至30億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，這也使年代函數(shù)的可靠性一直受到質(zhì)疑。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(jìn)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，返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，為月球年代函數(shù)的改進(jìn)提供了一顆珍貴的“金釘子”。
研究團(tuán)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結(jié)合構(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(jìn)行更新，并建立了新的月球年代函數(shù)模型。
分析表明，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)典模型，可用于今后月球地質(zhì)單元的定年。“未來還可以根據(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。”論文通訊作者邸凱昌表示。
該成果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。”(記者 高雅麗)
關(guān)鍵詞： 嫦娥五號 月球科學(xué)研究 同位素年齡 著陸區(qū)撞擊坑
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