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據(jù)中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心網(wǎng)站9月14日消息，我國嫦娥五號月球探測器于2020年12月著陸于月球正面風(fēng)暴洋克里普地體（Procellarum KREEP Terrane，PKT）的東北部地區(qū)，隨后對著陸點附近的月表物質(zhì)進行了采樣并成功將1731克月壤樣品帶回地球。風(fēng)暴洋克里普地體的東北部地區(qū)之所以被選擇成為嫦娥五號任務(wù)的著陸區(qū)，主要在于它被認為是月球表面最年輕的玄武巖單元之一并且富含鈾、釷、鉀等生熱元素。先前基于熱化學(xué)與動力學(xué)的模擬研究認為，風(fēng)暴洋克里普地體中富含的生熱元素恰恰是維持月球火山活動的主要原因。因此，對于嫦娥五號著陸區(qū)玄武巖厚度及其噴發(fā)速率的研究將進一步增進對于月球火山活動與內(nèi)部熱演化歷史的認識。

圖1. 嫦娥五號著陸區(qū)的（a）光學(xué)影像、（b）假彩色波段合成影像以及（c）鈦含量分布圖。

中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心太陽活動與空間天氣重點實驗室都駿博士后、劉洋研究員，聯(lián)合來自北京大學(xué)、中國科學(xué)院上海天文臺以及山東大學(xué)（威海）的科研人員，對嫦娥五號著陸區(qū)的玄武巖厚度進行了估算。首先，依據(jù)嫦娥五號著陸區(qū)撞擊坑濺射物中鈦含量的分布特征，并結(jié)合月表撞擊坑統(tǒng)計定年結(jié)果與嫦娥五號玄武巖樣品的放射性同位素定年結(jié)果，確定了嫦娥五號著陸點及周邊地區(qū)玄武巖單元的形成先后順序（圖1）。接著，利用光學(xué)、地形、光譜以及重力等多源遙感數(shù)據(jù)，基于穿透與未穿透撞擊坑的挖掘深度、部分淹沒撞擊坑的地形演化過程以及描述重力與地形相關(guān)程度的有效密度譜，估算了嫦娥五號著陸區(qū)各下伏玄武巖單元的厚度（圖2）。

研究結(jié)果表明，嫦娥五號著陸區(qū)至少經(jīng)歷了四次火山巖漿噴發(fā)，厚度中值分別為230米、70米、4米以及36米（圖3a）。而從玄武巖厚度的空間分布趨勢來看，可以發(fā)現(xiàn)隨著距離Rima與Mairan兩條月溪越遠，玄武巖的厚度逐漸遞減，這表明Rima與Mairan兩條月溪的火山口為嫦娥五號著陸區(qū)玄武巖的噴發(fā)源頭（圖3b）。進一步地，結(jié)合各玄武巖單元的面積與年齡估算結(jié)果，計算了嫦娥五號著陸區(qū)玄武巖的噴發(fā)速率，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)的巖漿噴發(fā)通量在月球火山活動晚期（約20億年前）有顯著（約2個數(shù)量級）增強（圖3c）。

圖2.（a）典型穿透坑（黑色箭頭）與未穿透坑（藍色箭頭）的鈦含量分布圖。（b）典型部分淹沒撞擊坑的光學(xué)影像，其中白色箭頭指示了撞擊坑濺射物與玄武巖的邊界。（c）研究區(qū)域的無空氣重力異常，由此可進一步計算得到有效密度譜。

基于熱化學(xué)與動力學(xué)模型的研究認為，月球正面風(fēng)暴洋克里普地體中富含生熱元素是月球晚期火山活動依舊活躍的主要原因（Laneuville等，2018，JGR）。然而，最新的樣品研究結(jié)果表明，嫦娥五號著陸區(qū)的玄武巖并非克里普玄武巖（Tian等，2021，Nature）。本研究提出一種可能性，即風(fēng)暴洋克里普地體中的生熱元素的確為月幔部分熔融區(qū)域提供了熱源，但是巖漿在由月幔快速上升至月表的過程中可能并沒有來得及與風(fēng)暴洋克里普地體中的克里普成分充分混合，從而導(dǎo)致嫦娥五號玄武巖樣品中并未測量到較多的克里普物質(zhì)。此外，嫦娥五號著陸區(qū)的月殼厚度比平均月殼厚度小25%左右，且早期鄰近的雨海盆地撞擊事件可能在月殼中形成了大規(guī)模的裂隙構(gòu)造，這些因素都有利于月幔中的巖漿噴發(fā)至月表。月球晚期火山活動的維持機制一直是月球科學(xué)研究中的熱點問題，而對于嫦娥五號玄武巖樣品的進一步挖掘研究（如對粘滯度和熱導(dǎo)率等參數(shù)的測量），有望為現(xiàn)有的月球熱化學(xué)與動力學(xué)模型提供新的約束，從而為解釋月球火山活動的持續(xù)時間與噴發(fā)規(guī)模提供有力證據(jù)。

圖3.（a）嫦娥五號著陸區(qū)各下伏玄武巖單元的厚度。（b）Em4與Em3單元厚度之和的空間分布，其中紅色曲線為Rima與Mairan月溪。（c）嫦娥五號著陸區(qū)以及月表其它地區(qū)玄武巖巖漿的噴發(fā)率。