嫦娥五号登陆器首次在现场探测到月球有水

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嫦娥五号登陆器首次在现场探测到月球有水

中国科学院地质与地球物理研究所的林杨挺和林红磊在嫦娥五号登器获取的月表反射光谱数据,观测到水的讯号,提供实地第一个探测到月球上的水证据,来自中国科学院国家空间科学中心、美国夏威夷大学、中国科学院上海技术物理研究所和南京大学的研究人员也参与这项研究。

过去十年完成的许多轨道观测和样本测量都为月球上存在水(羟基 OH)提供证据。 然而,从未在月球表面进行过现场测量。
嫦娥五号降落在月球中高纬度最年轻的玄武岩之一上,并送回1,731克样本。 在对月球土壤进行采样并送回地球之前,登陆器上的月球矿物光谱仪对风化层和岩石进行光谱反射率测量,从而为探测月球地表水提供了前所未有的机会。

水可以使用大约三微米的光谱特征进行检测。 然而,在二微米以上,来自炽热月球表面的热辐射会显著改变和掩盖光谱特征。
因此,研究人员使用热校正模型来校正月球矿物光谱仪的光谱。 经过这个修正后,在嫦娥五号登陆点观察到2.85微米的光谱吸收,这是毋庸置疑的。

成分估算结果显示采样区的岩石与月壤成分相差很大,来源不一致。 通过遥感数据的辅助分析,该岩石可能与嫦娥五号登陆区西北方向的古老低钛玄武岩(大约三十四亿年)比较一致。 结合样本分析,月壤中的水绝大部分是来自于太阳风的贡献。 如果将月球土壤中百万分之一百二十的水全部作为太阳风来源,岩石中仍多出来百万分之六十的水(高于20%的模型误差),多出来的这些水可能代表月球内部水。 而嫦娥五号登陆区年轻玄武岩本身的水含量低,可能显示登陆区月球地幔较干或经历大量脱空气的过程,这与风暴洋地区长期的火山喷发是一致。

嫦娥五号登陆器上的月球矿物光谱仪对着陆点的月壤和岩石进行反射率光谱测量,根据2.85微米的明确吸收特征,首次提供了月球上水的原位探测证据。 嫦娥五号原位的科学成果在大尺度上为样品分析提供了背景支撑。 嫦娥五号是目前唯一的一次既返回样本又获取到月表现场光谱的任务,样本能够详细分析水在月球土壤中的分布、存在形式,并可以利用同位素追踪来源,而现场光谱可以与轨道遥感建立联系,能够研究月球表面水份的在月球分布和时间变化特征。 月球表面水的分布可能与纬度高度相关,嫦娥五号是目前返回样本中纬度最高,对研究月球表面水的分布及来源具有重要意义。 嫦娥六号、嫦娥七号将在现场和轨道尺度继续探测月表水的含量、分布,本研究成果也将为嫦娥六号、嫦娥七号的科学目标实现提供支撑。

【图、文:节录/译自中国科学院地质与地球物理研究所2022年1月8日中文及英文新闻公布】研究全文刊登在2022年1月7日出版的《科学发展》期刊 标题是:In situ detection of water on the Moon by the Chang ‘ E-5 lander

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