点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:探究月球形成真相 从月壤微尺度矿物结构和化学成分下手
首页> 科普频道> 天文·地理 > 正文

探究月球形成真相 从月壤微尺度矿物结构和化学成分下手

来源:科技日报2021-08-18 10:01

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  形如米粒般大小的几块毫不起眼的黑色石头,以及一小点黑色粉末,此刻被研究人员珍藏在3个透明小瓶子里,放进实验室的手套箱内,手套箱内充满氮气,保护小石头和粉末不被空气污染。

  这可不是一般的小石头和粉末,它们是珍贵的“天外来客”。7月12日,国家航天局探月与航天工程中心在北京国家天文台举行嫦娥五号任务第一批月球科研样品发放仪式,13家科研机构成为首批开展嫦娥五号月球科研样品研究的单位。中国科学院广州地球化学研究所(以下简称广州地化所)获得了3份嫦娥五号月球样品,包括1份月壤粉末样品和2份岩屑样品。

  月球形成的真相是什么?对嫦娥五号月球样品展开研究,是否可以找到月壤的特殊矿物组成和化学成分?带着这些疑问,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,赠送给我国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,广州地化所正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,不同区域取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,嫦娥五号采样点附近的火山活动更为活跃,持续时间也更长,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理想地点。这意味着,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结果,对人类进一步认识月球具有独特的科研价值,也将会为预测地球未来的命运提供重要的科研资料。

  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覆盖在月球表面的碎石头。

  “月球上没有水和空气,白天温度高达100多摄氏度,晚上又骤降至零下200多摄氏度,巨大的昼夜温差使得月球岩石极易崩解,因此在月球表层有很多碎石头。”朱建喜介绍。此外,40多亿年来,大量陨石不断撞击月球,也将月球岩石撞得粉碎,“制造”了大量碎石。

  广州地化所研究员夏小平表示,总体来说,月壤与地球上的土壤不一样,一般颗粒都非常细小,“我们研究团队获得的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,其他2份岩屑样品重量分别是60.5毫克和137.3毫克”。

  围绕这些月球样品,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求能够揭示月球演化过程的重要线索。

  月球样品数量如此少,是否足够研究所用呢?“以小见大,见微知著。研究一座山的物质构成,不需要把整座山都搬到实验室来,只需从山上采集有代表性的石头就可以。”朱建喜用了一个形象的比喻来回答。

  “嫦娥五号月球样品来之不易,十分珍贵。”夏小平表示,“我们的研究原则是尽量保持样品的完整性,基本不会损耗样品,几乎可以原样返回,有利于未来进一步的研究分析,发挥这些珍贵样品的最大价值。”

  两大“利器”助力微观尺度研究

  对于如何开展研究,夏小平表示:“我们主要选择无损或者微损的样品分析手段——配有电子能量损失谱的高分辨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。”

  月球表面的一个重要特点是具有广泛分布、厚度达几十到数百米的细粒月壤。美国阿波罗计划采集的样品表明,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还要小很多。

  “据我们初步了解,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有这种极为细粒的形态?如此细粒的月壤究竟由什么特殊的矿物组成?嫦娥五号月球样品记录了怎样的月球表面环境演化历史?这些都是我们想回答的科学问题。”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,考察宇宙射线侵蚀的强度以及撞击成因矿物的组合、形貌、形变特征和期次,找寻高压矿物、含铀矿物,采用同位素定年和热释光定年等方法来揭示撞击温度、压力演化历史,讨论它们能否反映月球演化历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

  关于月球的形成,目前科学界广泛认可的是大撞击假说。大撞击假说认为月球是地球被一个外来天体撞击熔融后分离出去一部分物质凝结形成的。提出这个假说的主要证据是地球和月球两者相似的三氧同位素组成,以及阿波罗样品普遍缺乏挥发份。

  “大撞击假说认为撞击产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,科学家基本都认为月球的内部和表面不存在水,非常干燥。但近年来的月球探测已表明,月球的内部和表面都存在一定量的水。”夏小平说。

  研究表明,一些月球矿物含有结构水,月球的北极还发现了水冰,月球陨石坑即使在阳光照射下也有自由水的红外光谱。因此月球到底是干的还是湿的,目前仍争论不休,这也影响到大撞击假说是否成立。

  “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。我们计划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,“大撞击模型推测月球的挥发性元素会变成气体逃逸出月球,氢和惰性气体应该完全丢失。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,以讨论岩浆演化、去气等过程对我们观察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先进的分析方法。广州地化所是国内为数不多拥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特长所在。该所自主研发的分析方法将该仪器测试水含量的背景值降低到百万分之一,达到了世界同类实验室的先进水平。

  夏小平进一步介绍,岩浆演化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表面后期丢失,从而使科研人员低估月球本身的水含量。通过原位微区剖面挥发份含量和同位素的同时分析可以识别这些作用的影响。另外,结合同位素分析还可以识别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,团队还将着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。(叶 青 邓土连

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 习近平出席上合组织成员国元首理事会会议

  • 神舟十二号航天员乘组平安抵京

独家策划

推荐阅读
国家“十四五”规划和2035年远景目标纲要明确提出,“深化北斗系统推广应用、推动北斗产业高质量发展”、实施“北斗产业化”重大工程,对北斗建设发展提出了新需求、新机遇和新挑战。
2021-09-18 19:03
记者17日从工信部获悉,工信部部署加强车联网网络安全和数据安全工作,在网络安全和数据安全基本要求、加强智能网联汽车安全防护、加强车联网网络安全防护、加强车联网服务平台安全防护、加强数据安全保护、健全安全标准体系等六方面提出17项具体要求。
2021-09-18 10:51
自动驾驶、智慧泊车、精准公交……人们曾经对未来城市的种种遐想正逐渐走进现实。新能源汽车的充电设备一方面连接能源消费端,另一方面连接能源供给端——以智能电网为基础平台、支撑能源电力清洁低碳转型的城市能源网。
2021-09-18 10:42
9月7日,在西藏日喀则市一处山体,中科院地理科学与资源研究所客座教授李渝生(左二)和年轻的科考队员分析地质灾害问题。青藏高原和喜马拉雅山脉是我国地震、泥石流、崩塌、滑坡、冰湖溃决等多种自然灾害并发及多发区。
2021-09-18 10:32
17日,随着轨枕和钢筋有序初铺和捆扎在贵(阳)南(宁)高铁贵州段5标CRTS I型双块式无砟轨道道床板内,由此拉开了贵州省首条设计时速350公里的高速铁路由线下工程转入无砟轨道施工的序幕。工人在贵南高铁贵州段5标进行无砟轨道施工。
2021-09-18 10:07
当天,吉林市举行的“集聚科创资源推动全市电子信息产业发展”暨吉林电子信息职业技术学院专升本工作会议,发布了上述相关内容。以电子信息产业为例,位于当地的科创龙头企业吉林华微电子股份有限公司云集了应届高校毕业生及专项高端人才。
2021-09-18 10:05
医生指出,月饼虽好吃,但不宜贪多。湖南中医药大学第一附属医院中医专家刘建和建议,月饼有高糖、高脂的特点,过量进食会增加血液黏稠度,不建议心脑血管疾病患者过度食用。
2021-09-18 10:01
中国国家粮食和物资储备局粮食储备司司长秦玉云17日透露,由于各地多措并举抓好秋粮生产,中国中晚稻播种面积保持稳定,玉米播种面积增加较多,秋粮有望再获丰收,相应地,收购量也将增加。秋粮主要包括玉米、中晚稻和大豆,存在收购数量大、区域范围广、时间跨度长的特征,一直是中国粮食收购工作的重中之重。
2021-09-18 09:58
据中国载人航天工程办公室消息,圆满完成神舟十二号载人飞行任务的航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波,于2021年9月17日乘坐任务飞机平安抵达北京。据中国载人航天工程办公室消息,圆满完成神舟十二号载人飞行任务的航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波,于2021年9月17日乘坐任务飞机平安抵达北京。
2021-09-18 09:55
据16日召开的“COP15春城之邀”云南生物多样性保护系列新闻发布会消息,截至目前云南已划建自然保护地362处,总面积达549.58万公顷,约占全省国土面积的14.32%。
2021-09-18 09:52
凌晨1点,卧房门下透出微弱的光,孙一然知道自己62岁的母亲王桂芬又躲在被窝里刷短视频。医生告诉王桂芬长时间低头玩手机会加重颈椎病,弱光下久盯小屏幕视力会下降,还可能患上青光眼。
2021-09-18 09:50
切断低洼地带有危险的室外电源,暂停在空旷地方的户外作业,转移危险地带人员和危房居民到安全场所避雨。
2021-09-18 09:46
9月16日,在新疆轮台县塔尔拉克乡“中国棉花”可持续发展项目示范田,棉花产业相关从业人员在查看棉花质量。9月16日,在新疆轮台县塔尔拉克乡“中国棉花”可持续发展项目示范田,棉花产业相关从业人员在查看棉花质量。
2021-09-18 09:44
我国自主研发的世界首创高寒高海拔、大深度、超大直径硬岩竖向掘进机“首创号”17日在江苏常熟下线,将用于新疆乌尉高速公路天山胜利隧道2号竖井工程施工。
2021-09-18 09:42
广东科学中心主任卢金贵介绍,中国航天科普巡展首站落地广东科学中心,将从9月17日起结合2021年广东科普嘉年华活动正式对公众开放,展期20天。
2021-09-18 09:40
会上,海口市副市长刘立武发布了先导项目“世界新能源汽车体验中心”建设项目,并举行了项目签约仪式。
2021-09-18 09:39
这项有关鸟类尾羽演化的研究成果论文,北京时间9月16日夜间在国际专业学术期刊《当代生物学》上线发表。图为雅尾鹓鶵化石正型标本。
2021-09-18 09:25
记者从17日举行的云南生物多样性保护法治建设专题新闻发布会上获悉,近年来,云南不断加强法治对生物多样性保护的有效支撑,仅检察机关3年多就起诉涉动植物犯罪案件5011件6461人。
2021-09-18 09:11
目前,矿冶集团开发大型浮选机在我国90%以上日处理万吨选矿厂应用,出口秘鲁、澳大利亚、南非等40个矿业国家。
2021-09-18 09:19
威马汽车集团战略运营副总裁梅松林表示,从威马用户数据来看,新能源汽车用户图谱逐渐清晰。“车规级芯片作为汽车产业核心零部件,决定着中国未来汽车市场的走向,是必须自力更生解决的关键问题。
2021-09-17 10:06
加载更多