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儀表網 研發快訊】紫金山天文臺行星光譜學研究團組對嫦娥五號月壤進行了實驗室光譜測試與分析，研究樣品包括鏟取樣和鉆取樣，反演了月壤成熟度，揭示了月球年輕玄武巖風化和元素特性。相關研究成果發表在《Astronomy & Astrophysics》雜志上。
可見光近紅外反射光譜(VNIR)可用于研究月球礦物組成、元素含量、太空風化等。過去由于缺乏年輕的月球樣品，對月球高分辨率、高精度的實驗室光譜的研究局限于較老的阿波羅樣品，而對年輕玄武巖的研究只能依賴遙感光譜。而遙感光譜的空間分辨率、光譜分辨率以及信噪比都較低，此外寬譜段還存在不同探測器拼接的問題，這些都制約了礦物的正確識別與地質成因解譯。
我國嫦娥五號任務首次返回了年輕玄武巖的月壤樣品，包括鏟取的表層和鉆取的次表層月壤，為研究月壤剖面的變化提供了寶貴機會。同時，對比實驗室光譜和遙感獲得的光譜，將有助于理解月壤樣品與遙感的差異以及樣品的代表性。
研究發現，與次表層月壤相比，表層月壤的1000 nm (Band I)和2000 nm (Band II)波段深度均更淺(即吸收特征更微弱)，可見光近紅外連續統斜率(VNCS)更陡，說明表層月壤比次表層月壤略成熟(即暴露在月表的時間更長)(圖1)。在反射率上，實驗室光譜在1500 nm和750 nm處的反射率分別比遙感光譜(M3 OP2C1)高1.33和1.55倍。在吸收強度上，鏟取樣與鉆取樣Band I吸收深度分別為12%和16%，高于M3數據的10% (圖2)。
采用兩種方法計算的表層樣品的成熟度指數(Is/FeO)平均為62，屬于成熟范圍。次表層的Is/FeO平均為46，屬于亞成熟(圖3)。而遙感光譜獲得的Is/FeO為102，顯著大于樣品，說明樣品比未擾動的原始月壤新鮮很多。這是因為著陸時火箭吹走了最表層成熟的細顆粒月壤。該發現與本課題組過去基于嫦娥三號玉兔月球車原位光譜的發現一致。本研究還說明，最表層的太空風化速率比垂直翻耕速率更快。
紫外可見光(UV-vis)比值常被用于估算月球TiO2含量。在全月各種玄武巖中，過去由于缺乏年輕玄武巖樣品，月球晚期玄武巖TiO2估算有最大的不確定性。嫦娥五號樣品為月球晚期玄武巖TiO2含量反演提供了一個關鍵定標點(圖4)。
論文第一和通訊作者是中國科學院紫金山天文臺吳昀昭研究員。該成果得到國家自然科學基金等項目共同資助。
圖1. (a)嫦娥五號和阿波羅月壤樣品的實驗室光譜。(b)連續統去除后的光譜。
圖2. (a)嫦娥五號樣品實驗室光譜以及著陸點M3光譜。(b)去除連續統后。
圖3. (a) Is/FeO vs 750/950. (b) Is/FeO vs OMAT兩種方法反演的光學成熟度一致。
圖4. 嫦娥五號和阿波羅樣品TiO2含量與415/750分布圖。
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