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探索月球构成本相从月壤微标准矿物构造跟化学
更新时间:2021-08-17
 

  探索月球形成真相从月壤微尺度矿物构造和化学成分下手

  视觉中国供图

  我们取舍配有电子能量损失谱的高分辩透射电子显微镜和原位微区二次离子质谱来开展研究。侧重微观尺度的矿物结构和化学成分两方面紧密结合来研究月球样品,这是我们区别于国内其他研究单位的主要特点。

  ——夏小平 中国科学院广州地球化学研究所研究员

  走近月壤研究③

  ◎本报记者 叶 青 通 讯 员 邓土连

  形如米粒般大小的多少块绝不起眼的黑色石头,以及一小点玄色粉末,此刻被研究职员收藏在3个透明小瓶子里,放进实验室的手套箱内,手套箱内充斥氮气,维护小石头和粉末不被空气传染。

  这可不是个别的小石头和粉末,它们是可贵的“天外来客”。7月12日,国家航天局探月与航天工程核心在北京国度地理台举办嫦娥五号义务第一批月球科研样品发放典礼,13家科研机形成为首批发展嫦娥五号月球科研样品研讨的单位。中国迷信院广州地球化学研究所(以下简称广州地化所)取得了3份嫦娥五号月球样品,包含1份月壤粉末样品跟2份岩屑样品。

  月球形成的本相是什么?对嫦娥五号月球样品开展研究,是否可以找到月壤的特别矿物组成和化学成分?带着这些疑难,广州地化所的研究团队将开启月壤研究之旅。

  研究不会损耗样品可以原样返回

  1972年,美国尼克松总统访华时,赠予给我国1克月球样品。其中一半用于展览,一半被科学家拿来进行研究,广州地化所恰是我国最早一批开展月壤研究的科研单位之一。

  “美国的月壤样品采自6个登月点,苏联的则采自3个登月点。我国嫦娥五号选取的采样点与美国、苏联都不同,不同区域获得的样品有着不一样的地质背景。”广州地化所研究员朱建喜说。

  据了解,嫦娥五号采样点邻近的火山运动更为活泼,连续时光也更长,是研究月球内部能量衰竭,以及更加全面了解月球地质演化历史的幻想地点。这象征着,针对嫦娥五号月球样品的研究将有可能获得与以往不一样的研究成果,对人类进一步意识月球拥有奇特的科研价值,也将会为猜测地球将来的运气供给重要的科研材料。

  目前,还没有任何国家采集到过月球内部的基岩,此前所采的月球样品均来自笼罩在月球表面的碎石头。

  “月球上不水和空气,白天温度高达100多摄氏度,晚上又骤降至零下200多摄氏度,宏大的日夜温差使得月球岩石极易崩解,因而在月球表层有良多碎石头。”朱建喜先容。此外,40多亿年来,大批陨石一直撞击月球,也将月球岩石撞得破碎,“制作”了大量碎石。

  广州地化所研究员夏小平表现,总体来说,月壤与地球上的泥土不一样,普通颗粒都无比渺小,“我们研究团队失掉的3份嫦娥五号月球样品主要由辉石、橄榄石和长石等矿物组成。粉末样品重量是100毫克,其余2份岩屑样品分量分辨是60.5毫克和137.3毫克”。

  缭绕这些月球样品,广州地化所研究团队将重点开展两方面的研究工作,一方面探寻月壤是如何形成的,另一方面则从这些样品中探究可能揭示月球演化进程的主要线索。

  月球样品数目如斯少,是否足够研究所用呢?“以小见大,见微知著。研究一座山的物资构成,不须要把整座山都搬到试验室来,只要从山上采集有代表性的石头就能够。”朱建喜用了一个形象的比方来答复。

  “嫦娥五号月球样品来之不易,非常名贵。”夏小平表示,“我们的研究准则是尽量坚持样品的完全性,根本不会损耗样品,简直可以原样返回,有利于未来进一步的研究分析,施展这些贵重样品的最大价值。”

  两大“利器”助力微观标准研究

  对如何开展研究,夏小平表示:“我们主要抉择无损或者微损的样品分析手腕——配有电子能量丧失谱的高辨别透射电子显微镜和原位微区二次离子质谱来开展研究。着重微观尺度的矿物结构和化学成分两方面严密结合来研究月球样品,这是我们差别于海内其他研究单位的主要特点。”

  月球表面的一个重要特色是存在广泛散布、厚度达几十到数百米的细粒月壤。美国阿波罗规划采集的样品表明,这些月壤粒径大多只有0.1—0.4微米,多数比我们平时关注的PM2.5还要小许多。

  “据我们初步懂得,我国嫦娥五号月球样品比阿波罗样品还要更加细小,是什么因素导致了月壤具备这种极为细粒的状态?如此细粒的月壤毕竟由什么特殊的矿物组成?嫦娥五号月球样品记载了怎么的月球表面环境演化历史?这些都是我们想回答的科学识题。”朱建喜说。

  他表示,团队将通过研究月球样品的纳米矿物学特征,考核宇宙射线侵蚀的强度以及撞击成因矿物的组合、形貌、形变特点和期次,找寻高压矿物、含铀矿物,采取同位素定年和热释光定年等方式来揭示撞击温度、压力演化历史,讨论它们是否反应月球演化过程以及这些因素对月壤形成的影响。

  探寻月球形成和演化过程

  对于月球的造成,目前科学界普遍认可的是大撞击假说。大撞击假说以为月球是地球被一个外来天体撞击熔融后分别出去一局部物质凝固构成的。提出这个假说的重要证据是地球和月球两者类似的三氧同位素组成,以及阿波罗样品广泛缺少挥发份。

  “大撞击假说认为撞击发生的高温导致挥发性元素大多丢失,挥发份极度亏损。10多年前,科学家基础都认为月球的内部和表面不存在水,十分干燥。但近年来的月球探测已表明,月球的内部和表面都存在必定量的水。”夏小平说。

  研究表明,一些月球矿物含有结构水,月球的北极还发明了水冰,月球陨石坑即便在阳光照耀下也有自在水的红外光谱。因此月球到底是干的仍是湿的,目前仍争辩不休,这也影响到大撞击假说是否成破。

  “从月壤样品中探求月球的形成和演化过程是我们的研究方向之一。我们打算用原位微区二次离子质谱法测定样品的挥发份和挥发性元素的含量以及同位素组成。”夏小平阐释道,“大撞击模型揣测月球的挥发性元素会变成气体逃逸出月球,氢和惰性气体应当完整丢失。我们将对样品中辉石、长石、橄榄石以及磷灰石等矿物进行挥发份含量和同位素测试,以探讨岩浆演化、去气等过程对咱们察看到的月球样品挥发份含量的影响。”

  原位微区二次离子质谱法是目前行星科学测定样品元素和同位素组成最进步的分析办法。广州地化所是国内为数未几领有大型二次离子质谱仪的科研单位之一,对挥发份元素的分析研究是其专长所在。该所自主研发的分析方法将该仪器测试水含量的背景值下降到百万分之一,到达了世界同类实验室的先进程度。

  夏小平进一步介绍,岩浆演变可以导致挥发份富集从而使科研人员高估月球本身的水含量,去气作用会导致挥发份在月球名义后期丧失,从而使科研人员低估月球自身的水含量。通过原位微区剖面挥发份含量和同位素的同时候析可以识别这些作用的影响。另外,联合同位素剖析还可以辨认月球形成后陨石撞击、太阳风和地球风带来的外来水的影响。

  同时,团队还将侧重研究月球样品里的金属小颗粒,通过研究金属小颗粒里的三氧同位素组成成分,寻找太阳系原始星云的同位素组成。

【编纂:叶攀】