科技日報記者 陸成寬

月球表面有“天外來客”嗎？“天外來客”能為月球提供水？基于“嫦娥四號”獲取的具有超高空間分辨率的影像與光譜數(shù)據(jù)，中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心等單位的研究人員首次在月球表面識別出年齡在一百萬年以內(nèi)的碳質(zhì)球粒隕石撞擊體殘留物。研究表明，富含揮發(fā)成分的碳質(zhì)小行星的撞擊或仍然為現(xiàn)在的月球提供水源，同時，比較年輕的月表物質(zhì)（如“嫦娥五號”返回樣品）中可能有撞擊體殘留物。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然·天文》上。

“對可能存在于‘嫦娥五號’樣品中撞擊體殘留物的直接分析，將對地月系統(tǒng)撞擊體成分和類型的演變歷史提供重要參考，并有望對太陽系軌道動力學(xué)演化進(jìn)行進(jìn)一步約束，增進(jìn)關(guān)于內(nèi)太陽系撞擊歷史的了解。”11月30日，中科院國家空間科學(xué)中心研究員劉洋告訴科技日報記者。

首次在月球表面發(fā)現(xiàn)碳質(zhì)球粒隕石的撞擊殘留物

“嫦娥四號”探測器于2019年1月成功著陸于月球背面南極-艾肯盆地的馮·卡門撞擊坑，其搭載的“玉兔二號”巡視器隨后對月表開展了持續(xù)的巡視探測，獲取了超高分辨率的月表影像與高光譜數(shù)據(jù)。

劉洋表示，在月表巡視的過程中，“玉兔二號”發(fā)現(xiàn)了一個小的新鮮撞擊坑，并對這個撞擊坑進(jìn)行了詳細(xì)的光譜探測。

基于該撞擊坑影像和光譜數(shù)據(jù)，研究團隊發(fā)現(xiàn)，撞擊坑中心的疑似“殘留物”與坑內(nèi)及坑外的典型月壤、巖石碎塊的光譜呈現(xiàn)明顯不同的特征。

劉洋解釋道，通常情況下，月表巖石或月壤的反射光譜會呈現(xiàn)出“紅化”的特征，并且月表發(fā)生的太空風(fēng)化作用一般會進(jìn)一步加劇這種紅化特征，即反射率隨著波長的增加而增加；然而，撞擊坑中心疑似殘留物的光譜卻呈現(xiàn)出“藍(lán)化”的特征，即反射率隨著波長增加而減小。

由此，研究團隊推測，或存在某種具有藍(lán)化光譜特征的外來撞擊體物質(zhì)混入撞擊坑中。“以往研究人員在‘阿波羅樣品’中發(fā)現(xiàn)了碳質(zhì)球粒隕石碎片，但從未在月球表面通過遙感探測直接觀測到碳質(zhì)球粒隕石的撞擊殘留物。這是首次在月球表面直接觀測到碳質(zhì)球粒隕石的撞擊殘留物。”劉洋指出。

事實上，小行星中，只有碳質(zhì)小行星的光譜存在藍(lán)化特征。研究人員搜集了大量碳質(zhì)球粒隕石的光譜，經(jīng)過仔細(xì)對比后發(fā)現(xiàn)，該殘留物確實與碳質(zhì)隕石光譜具有很高的相似度。

撞擊體中可能有水得以保留在撞擊熔體或殘留物中

為確認(rèn)分析結(jié)果，研究團隊又對該撞擊坑進(jìn)行了詳盡的形貌分析。

“基于‘玉兔二號’全景相機獲取的立體影像，我們?nèi)藛T采用攝影測量方法，構(gòu)建了覆蓋該小撞擊坑及附近區(qū)域的高精度數(shù)字高程模型。”劉洋說。

分析表明，該撞擊坑可能屬于一次撞擊坑，而非原始撞擊產(chǎn)生的濺射體再次撞擊月表形成的二次撞擊坑。

為了進(jìn)一步對研究結(jié)果進(jìn)行限定，研究人員還利用數(shù)值模擬技術(shù)對該撞擊坑開展研究。結(jié)果顯示，一個直徑15厘米的疏松撞擊體以15公里/秒的速度撞擊月表可以形成觀測到的小撞擊坑形貌特征，并有殘留物分布于撞擊坑中心。

“這樣，我們就可以確認(rèn)，該撞擊坑應(yīng)該是一個小型碳質(zhì)隕石撞擊后形成的。”劉洋強調(diào)。

撞擊輸運過程被認(rèn)為是月球表面水及永久陰影區(qū)水冰的主要貢獻(xiàn)者之一，而碳質(zhì)小行星是小天體中相對比較富含水及揮發(fā)分的一類，在撞擊過程中，其攜帶的水可能部分得以保留在月表。

劉洋說，此前在地面進(jìn)行的高速撞擊模擬實驗研究發(fā)現(xiàn)，撞擊體中可能有水得以保留在撞擊熔體或殘留物中。

基于撞擊坑退化模型，研究團隊對該撞擊坑的形成年齡進(jìn)行估算。結(jié)果表明，該撞擊坑應(yīng)該形成于距今一百萬年以內(nèi)。

更重要的是，相似的碳質(zhì)隕石殘留物可能在月表非常普遍，“嫦娥五號”樣品中將有很大概率發(fā)現(xiàn)類似的撞擊殘留物。

劉洋表示，利用更高空間分辨率的遙測光譜數(shù)據(jù)，未來有可能在月表發(fā)現(xiàn)更多類似的撞擊殘留物，從而進(jìn)一步加深對月球水的來源研究。

關(guān)鍵詞： 月球 天外來客 水源