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玉兔2号:我遇到一块在陨石撞击后“浴火重生”的小石头

来源 | NSR
2019年1月3日,玉兔2号月球车与嫦娥四号着陆器分离,从那时至今,“小兔子”已经在月球背面工作了超过11个月昼,行走里程达到318.6米。在前进的路上,它遇到了月球上的哪些石头和土壤,又从它们身上了解了什么?
 
2019年11月14日,在《国家科学评论》(National Science Review,NSR)上线的一篇研究论文就介绍了其中的一个发现。中科院地质与地球物理研究所的林杨挺研究团队分析了玉兔2号在前3个月昼对月球背面9处月壤和一块石块的探测数据,确认这块石头为橄榄石苏长岩,并推测出它的来历:几十亿年前陨石撞击月背,下月壳与上月幔物质熔融形成岩浆湖,岩浆分异结晶重新成为岩石。
 
小兔子看见了什么?
 
前3个月昼中,玉兔2号利用自身搭载的“可见-红外成像光谱仪”对沿途9个位置的月壤和1块岩石进行了光谱探测。
 
分析发现,月壤的成分较为均匀,主要由辉石、长石和熔融胶结物等组成,含少量橄榄石,其中辉石以低钙辉石为主。但是,研究者很难在月壤中获得更多信息。这是因为在岩石风化为月壤的过程中,岩石的物理结构被破坏,矿物成分也发生了改变。
 
幸运的是,还有1块石头。这块石头落在月壤表面,大于20厘米。石块的光谱特征与月壤相似,表明二者可能是同源物质(都来自着陆点东北方向的芬森撞击坑)。而且,石块的矿物吸收峰很明显,可给出更可靠的矿物组成:38.1±5.4%低钙辉石,13.9±5.1% 橄榄石和48.0±3.1% 斜长石。据此,研究者将其划分为橄榄石苏长岩。
 
此外,玉兔2号还给这块石头拍了照片,图像显示,该石块的矿物颗粒较细,属于中等-细粒岩石结构,所以,研究者认为,它不可能是在月球深部缓慢结晶形成的深成岩,而可能是从较浅的岩浆中快速结晶形成的。
 
 
“小石头” 背后的故事
 
“它不可能是在月球深部缓慢结晶形成的深成岩,而可能是从较浅的岩浆中快速结晶形成的。” 这说明了什么?又意味着什么呢?
 
这就要从嫦娥四号着陆的南极-艾肯盆地(SPA盆地)说起了。
 
位于月球背面的SPA盆地是月球上最大、最深、最古老的盆地。我们都知道,越深层的岩石能反映更久远的星球历史。在形成SPA盆地的那次陨石撞击事件中,月球表面岩石被剥开,许多深层岩石展露出来,所以,SPA盆地是探测月球深部下月壳甚至上月幔的天然窗口,对认识月球-地球系统的早期撞击历史也具有重要意义。这也正是嫦娥四号选择在此着陆的原因之一。
 
 
据研究者推测,这块石头的形成历史应该是这样的:在陨石撞击形成SPA盆地的过程中,巨大的撞击能量使下月壳与上月幔的物质发生混合熔融,在SPA盆地中形成了一个岩浆湖,之后,岩浆湖中发生分异结晶作用,重新形成岩石,其中就包括这块石头以及与之同源的月壤母岩。
 
这一分析也与SPA盆地的撞击模拟一致。在模拟结果中,SPA盆地尺度的撞击事件可以产生直径840千米的瞬态空腔和深度约50千米的岩浆湖。芬森坑和嫦娥四号着陆区均位于该岩浆湖的边缘。
 
一叶知秋,一石见史。“嫦娥”与“玉兔”跨越几十万公里辛勤奔月,就是为了这样的发现。
 
论文信息:
 
Olivine-norite rockdetected by the lunar rover Yutu-2 likely crystallized from the SPA impact meltpool
 
https://doi.org/10.1093/nsr/nwz183
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