科學(xué)家“看清”嫦娥五號月壤背后的太空風(fēng)化作用機制
2022-04-12 11:44:47 來源:科技日報
經(jīng)過成千上萬年的風(fēng)吹、日曬和雨淋,一塊堅硬的巖石最終會風(fēng)化成肥沃的土壤。風(fēng)化作用雖然短時間內(nèi)不易察覺,但卻一直改變著地球上的地形地貌。
不僅地球,月球上的風(fēng)化作用每天也都在上演。利用多種電鏡技術(shù),我國科研人員“看清”了嫦娥五號月球樣品背后的太空風(fēng)化作用機制。相關(guān)研究成果近日在線發(fā)表于《地球物理研究快報》。
“數(shù)十億年來,月球表面遭受了強烈的太空風(fēng)化作用,包括微隕石撞擊、太陽風(fēng)及銀河宇宙射線的輻射。這些過程極大地改變了月球表面物質(zhì)的形貌、結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分。”4月11日,中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所高級工程師谷立新告訴科技日報記者。
類似于地球上的土壤主要是巖石受到風(fēng)化作用演變而來,月壤也是月巖經(jīng)過長期的太空風(fēng)化作用形成的。因此,通過研究月壤,可以深入理解撞擊和太陽風(fēng)輻射與月球表面物質(zhì)的相互作用過程與機理,認(rèn)識月球表面物質(zhì)演化和空間環(huán)境變化過程。
然而,“由于月壤顆粒的尺寸微小且微觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜,難以區(qū)分微隕石撞擊和太陽風(fēng)輻照的特征差異,目前科學(xué)家對太空風(fēng)化作用機制的認(rèn)識還不夠清晰。”谷立新強調(diào)。
更重要的是,美國阿波羅計劃、蘇聯(lián)月球號采集的樣品都處于月球的低緯度范圍,而嫦娥五號采樣點位于中緯度。谷立新表示,嫦娥五號樣品為月球不同緯度的空間風(fēng)化研究提供了獨特的視角。
為此,研究人員利用單顆粒樣品操縱、掃描電鏡形貌觀察、聚焦離子束精細加工、透射電鏡結(jié)構(gòu)解析等一系列分析方法,獲得了單個嫦娥五號月壤顆粒表面的硅酸鹽、氧化物、磷酸鹽和硫化物的太空風(fēng)化作用信息。
“同一個月壤顆粒上的這些物質(zhì),受到太空輻照條件的影響是一致的,為我們進行對比研究提供了基礎(chǔ)。”谷立新說。
研究結(jié)果顯示,長時間暴露在外的月壤顆粒表面的礦物相都存在富含硅、氧元素的再沉積層,往下是太陽風(fēng)輻照損傷層。“但是,太陽風(fēng)輻照損傷層的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分變化與基體礦物的種類有關(guān)。”谷立新強調(diào)。
結(jié)合單顆粒表面的硅酸鹽、氧化物、磷酸鹽等物質(zhì)形貌及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分析,研究發(fā)現(xiàn),月壤的太空風(fēng)化作用主要是受到微隕石撞擊、太陽風(fēng)及宇宙射線的輻照等因素的共同作用。“然而,這些作用的各自貢獻則需要借助于精細的形貌和結(jié)構(gòu)表征才能區(qū)分。”谷立新坦言。
通過與阿波羅樣品的分析結(jié)果進行對比,研究人員發(fā)現(xiàn),嫦娥五號月球樣品和阿波羅樣品的表層微觀結(jié)構(gòu)特征沒有表現(xiàn)出較大的差異。“這為月球中緯度的太空風(fēng)化作用提供了更多的認(rèn)識,也為月球遙感光譜校正模型在月球中緯度的適用性提供了支撐。”谷立新說。
但是,微觀結(jié)構(gòu)的相似性并不意味著月壤表面保存的太陽風(fēng)注入水沒有差異,關(guān)于太陽風(fēng)注入水還需要進一步研究。
同時,谷立新表示,由于空間風(fēng)化效應(yīng)的多樣性,在將月球的空間風(fēng)化模型擴展到其他無大氣行星時,還需要考慮行星物質(zhì)組成和空間環(huán)境的復(fù)雜性。(趙越 科技日報記者 陸成寬)
關(guān)鍵詞: 嫦娥五號 風(fēng)化作用 太空風(fēng)化作用 太陽風(fēng)輻照
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