图 嫦娥五号月壤的实验室光谱表征、月面原位探测及遥感观测

　　在国家自然科学基金项目（批准号：41972322、11941001、42102280）等资助下，山东大学凌宗成教授团队联合中国科学院地球化学研究所刘建忠研究员团队、上海技术物理所何志平研究员团队在嫦娥五号月壤太空风化研究方面取得新进展。相关成果以“来自嫦娥五号年轻富铁玄武岩风化形成的成熟月壤（Mature lunar soils from Fe-rich and young mare basalts in the Chang’e-5 regolith samples）”为题，于2022年12月12日在《自然·天文》（Nature Astronomy）杂志在线发表。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41550-022-01838-1。

　　地球上大气、水和生物与地表岩石和矿物相互影响产生了复杂的风化作用，长期以来改变着地表形貌，致使岩石破碎成疏松的土壤。月球上虽没有浓密大气和大规模的液态水，也没有任何形式的生命，但同样存在特殊的“太空风化”过程，甚至作用时间长达数十亿年。高能宇宙射线、太阳风和微流星体撞击是月表太空风化的主控因素。与地球上的风化作用不同的是，月表太空风化在月壤颗粒边缘产生纳米级粒径的金属铁单质（纳米铁），能够改变月表物质的光谱特征。一般来讲，月壤经受太空风化的作用时间越久，其含有的纳米铁越多，月壤也就越为成熟。

　　由于先前Apollo/Luna样品采样点的空间（9°S−27°N）和时间（30−40亿年）局限性，对于月表年轻玄武岩的太空风化作用的研究仍需要新的样品予以约束。2020年12月1日，我国嫦娥五号任务成功着陆于月球风暴洋北部（43.06°N），返回了迄今为止最为年轻（~20亿年）且极为富铁（氧化铁含量百分比~22.5 %）的月海玄武岩样品。除了可用的实验室分析月壤的样品之外，嫦娥五号在采样前后对着陆区域进行了原位光谱测量（图），这为研究年轻玄武岩的太空风化机制提供了重要契机。本研究获得了嫦娥五号着陆点月壤层的纳米铁成分组成的百分比（0.48±0.03 %）和成熟度指数（~66±3.2）等重要月壤参数，揭示出年轻富铁玄武岩存在特殊的空间风化机制，即在太空风化作用过程中会使该类型月壤更快地产生纳米铁并加速聚集形成粒径更大的金属铁团簇。这为认识月球表面物质与空间环境相互作用提供了全新的视角。嫦娥五号玄武岩尽管很年轻，但嫦娥五号月壤却较为成熟，甚至比部分Apollo月壤的成熟度还高。

　　利用月球轨道探测获取的多光谱遥感图像，本研究获得了嫦娥五号着陆点周围的纳米铁丰度图（图），清晰地显现出反射率图像中无法分辨出的溅射物边界。嫦娥五号恰好着陆在徐光启撞击坑（直径约为400米）的溅射纹之上，这揭示嫦娥五号月壤主要来源于徐光启撞击坑的挖掘作用，而后经历了大约2.4−3亿年的太空风化作用和宇宙暴露历史。

　　该研究综合利用嫦娥五号月壤样品和月面原位光谱等多源数据约束了嫦娥五号月壤的来源和暴露年龄，揭示了月球年轻玄武岩的独特太空风化特征，为富铁月壤中特殊的太空风化机制提供了新的观测证据。