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古老的月球背面到底藏了什么秘密?

月球注定会吸引全世界的关注。继嫦娥四号实现了人类首次登陆月球背面,嫦娥五号实现成功中国首次月球采样返回任务之后,嫦娥六号也将实施人类首次月球背面采样返回任务。

月球背面南极-艾肯盆地假彩色高程图。
月球背面南极-艾肯盆地假彩色高程图。

  嫦娥六号着陆器和上升器组合体在鹊桥二号中继星支持下,成功着陆在月球背面南极-艾特肯盆地预选着陆区,后续将完成月球背面铲取、钻取采样任务,只要一切顺利,嫦娥六号将带着月球样品起飞,6月底就会安全回来。

  那么,为什么嫦娥六号选择阿波罗盆地作为着陆区?阿波罗盆地里有什么值得我们如此大费周章地进行探索?要回答这些问题,我们需要首先搞清楚阿波罗盆地在哪里。

阿波罗盆地在哪里?

  由于月球被地球潮汐锁定,所以月球当前仅有一侧面向地球,其中面向地球一面称为月球正面,背向地球一侧称为月球背面。阿波罗盆地就是一个位于月球背面“南极-艾肯盆地”内部的盆地。

  嫦娥六号发射当天,有媒体在采访中提到的“南极-艾特肯盆地”位于月球背面,是月球已知最大,最古老的撞击盆地,不过其在中国科学院地球化学研究所等单位联合绘制的月球地质图中规范名称是“南极-艾肯盆地”故本文统一称为“南极-艾肯盆地”。

  早在2018年至2023年的一系列讨论中,嫦娥六号预选着陆区就暂定为南极-艾肯盆地,并进一步细化为阿波罗盆地的南部边缘。

  阿波罗盆地就位于南极-艾肯盆地内部的东北部,是一个多环撞击盆地,直径约500km,在嫦娥二号全月影像图中非常醒目;而南极-艾肯盆地直径约2500至3000公里,由于过于巨大,且形成后经历了漫长的撞击、外来溅射物覆盖等侵蚀作用,其在影像上肉眼较难识别,需要月球高程、地形数据才能识别。

嫦娥六号要在阿波罗盆地寻找什么?

  简要来说,嫦娥六号在阿波罗盆地的主要任务包括:寻找新矿物、寻找月球深部物质、寻找古老矿物、研究苏长岩、寻找名义含水矿物、寻找高压矿物等。

  (一)寻找新矿物和岩石

  如果一种矿物的构成元素比例,微观结构,至少其一与其他已知矿物都不同,就有机会被认定为新矿物。但是新矿物一般尺寸微小,容易与已知矿物混淆,需要极端的温压条件或特殊的化学条件形成,而不是随处可寻。但在嫦娥五号样品中,我们就发现了至少3种新矿物,7种不同的岩石。

  正如地球上不同地方的岩石、土壤的成分并不一致一样,月壤、月岩也存在不均一性,甚至单次采样返回的不同样品之间也是如此,因此嫦娥六号的登月活动就有极大可能发现更多新的矿物和岩石。

  (二)寻找月球深部物质

  正如前文提到的,阿波罗盆地是南极-艾肯盆地内部东北侧的撞击盆地,而南极-艾肯盆地是月球已知最大,最古老的撞击盆地。通俗讲,因为阿波罗盆地是个多次撞击形成的“盆中之盆”,所以可能是月壳最薄的位置之一。

  一些理论认为,形成南极-艾肯盆地的撞击事件可能挖掘出了月幔物质。然而,也有人提出,即使盆地挖掘出了月幔物质,由于在撞击过程中月幔物质可能会经历熔化-冷凝的过程,导致不同化学成分的矿物和岩石被分离开--这个过程被称为熔融分异。

  熔融分异可能会使识别变得困难,或者在形成之后被更晚期的撞击出现的溅射物混合、掩埋而难以被遥感发现。因此嫦娥六号有可能在阿波罗盆地中发现这些来自月幔的深部物质,对我们理解月球深部结构和月球的起源和演化起到重要作用。

  (三)寻找古老物质

  根据近期正式出版的1:250万月球地质图,将月球地质年代划分为“三宙六纪”。南极-艾肯盆地形成于月球岩浆洋大部分固结,月球初步形成固体月壳的时代,代表月球艾肯纪的开始。又根据撞击坑统计定年,南极-艾肯盆地一带年龄约42亿年,可能分佈有月表最古老的岩石,但这个数值需要实际样品修正。

  之前嫦娥五号采集的样品包括月球已知最年轻(约20亿年)的岩石之一,嫦娥六号的一个关键任务则是尽量采集古老的月球岩石和可定年的矿物(包括锆石、斜锆石、磷灰石等)。

  (四)揭开苏长岩成因之谜

  根据近期正式出版的1:250万月球岩石类型分佈图,南极-艾肯盆地内部的主要岩石类型为苏长岩。苏长岩在过去美国阿波罗、俄罗斯LUNA、嫦娥五号的月球样品都极少发现,由于苏长岩成因有多解性,既有可能是下月壳、月幔等深部物质,又有可能是大规模岩浆房分异(是指地球内部巨大的岩浆体在冷却过程中,其中的化学成分被分离成不同的层次或部分),还有可能是撞击熔融物分异。

  采集阿波罗盆地的苏长岩,有助于解决苏长岩成因之谜,从而帮我们研究阿波罗盆地的演化历史。

  (五)寻找名义含水矿物

  因为月球被地球潮汐锁定,所以有一面恒定朝向地球(此面一般称为正面),会受到“地球风”影响,相对富氧、富水。而实际上根据遥感光谱研究,月球背面虽然不如正面富氧、富水,但也存在少量富氧、富水区域,甚至发现了赤铁矿等名义含水矿物(指在其化学式中包含水分子,但实际上并不以液态水的形式存在,而是以水合物或羟基等形式存在的矿物),而过去阿波罗样品里曾零星地发现四方纤铁矿、角闪石等名义含水矿物,其成因均不明确。

  嫦娥六号如果采集到名义含水矿物,或者样品包含特殊的水赋存状态,将是非同寻常的突破。

  (六)寻找高压矿物

  阿波罗盆地既是撞击盆地,又是深部物质潜在出露区,无论大规模撞击还是月球深部高压,都是形成高压矿物的有利条件。月球表面遭受频繁的撞击作用,有利于指示高压的矿物形成,过去的样品中已发现熔长石、钙硬玉、赛石英、雷锆石等高压矿物,但是在理论上月幔中可能存在的石榴石等高压矿物发现极少,因此这个理论模型需要实际样品修正。

  除了以上研究任务之外,一些需要借助嫦娥六号的热门研究主题还包括:空间风化特征,月尘电磁学性质,月壤成熟度新指标,原位资源利用方案等。

  嫦娥六号任务不但是人类首次月球背面采样返回任务,而且嫦娥六号选择南极-艾肯盆地中的阿波罗盆地这一盆中之盆采样,为的就是尽可能采到与过去美国阿波罗系列、俄罗斯LUNA系列、中国嫦娥五号不同的样品,从而帮助我们更全面地研究月球◆

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