我国嫦娥五号月球探测器于2020年12月着陆于月球正面风暴洋克里普地体（Procellarum KREEP Terrane，PKT）的东北部地域，随后对着陆点附近的月表物质举行了采样并乐成将1731克月壤样品带回地球。风暴洋克里普地体的东北部地域之所以被选择成为嫦娥五号使命的着陆区，重要在于它被以为是月球外貌最年轻的玄武岩单元之一而且富含铀、钍、钾等生热元素。先前基于热化学与动力学的模拟研究以为，风暴洋克里普地体中富含的生热元素恰恰是维持月球火山活动的重要缘故原由。因此，对于嫦娥五号着陆区玄武岩厚度及其喷发速率的研究将进一步增进人们对于月球火山活动与内部热演化汗青的熟悉。
中国科学院国家空间科学中心太阳活动与空间天气重点实行室研究职员与中科院上海天文台、北京大学、山东大学（威海）研究职员合作，对嫦娥五号着陆区的玄武岩厚度举行了估算。研究职员依据嫦娥五号着陆区撞击坑溅射物中钛含量的分布特性，并联合月表撞击坑统计定年效果与嫦娥五号玄武岩样品的放射性同位素定年效果，确定了嫦娥五号着陆点及周边地域玄武岩单元的形成先后序次（图1）。他们利用光学、地形、光谱以及重力等多源遥感数据，基于穿透与未穿透撞击坑的挖掘深度、部门淹没撞击坑的地形演化过程以及形貌重力与地形相关水平的有用密度谱，估算了嫦娥五号着陆区各下伏玄武岩单元的厚度（图2）。
研究效果表明，嫦娥五号着陆区至少经历了四次火山岩浆喷发，厚度中值分别为230米、70米、4米以及36米（图3a）。从玄武岩厚度的空间分布趋势来看，研究发现随着与Rima、Mairan两条月溪的间隔渐渐增长，玄武岩的厚度递减，这表明Rima与Mairan两条月溪的火山口为嫦娥五号着陆区玄武岩的喷发源头（图3b）。进一步地，联合各玄武岩单元的面积与年事估算效果，研究盘算了嫦娥五号着陆区玄武岩的喷发速率，发现该地域的岩浆喷发通量在月球火山活动晚期（约20亿年前）有明显（约2个数目级）加强（图3c）。
基于热化学与动力学模型的研究以为，月球正面风暴洋克里普地体中富含生热元素是月球晚期火山活动仍旧活跃的重要缘故原由（2018，JGR）。然而，最新的样品研究效果表明，嫦娥五号着陆区的玄武岩并非克里普玄武岩（2021，Nature）。该研究提出一种可能性，即风暴洋克里普地体中的生热元素的确为月幔部门熔融区域提供了热源，但是岩浆在由月幔快速上升至月表的过程中可能并没有来得及与风暴洋克里普地体中的克里普成分充分肴杂，从而导致嫦娥五号玄武岩样品中并未丈量到较多的克里普物质。别的，嫦娥五号着陆区的月壳厚度比匀称月壳厚度小25%左右，且早期相近的雨海盆地撞击事件可能在月壳中形成了大规模的裂隙构造，这些因素都有利于月幔中的岩浆喷发至月表。月球晚期火山活动的维持机制一直是月球科学研究中的热点问题，而对于嫦娥五号玄武岩样品的进一步挖掘研究（如对粘滞度和热导率等参数的丈量），有望为现有的月球热化学与动力学模型提供新的束缚，从而为解释月球火山活动的连续时间与喷发规模提供有力证据。
相关研究效果发表在Journal of Geophysical Research: Planets上。研究工作得到国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项、民用航空航天技能预研项目、澳门特殊行政区科学技能发展基金、空间中心“攀缘筹划”和山东大学（威海）青年学者项目的支持。
图1 嫦娥五号着陆区的（a）光学影像、（b）假彩色波段合成影像以及（c）钛含量分布图。
图2 （a）典型穿透坑（玄色箭头）与未穿透坑（蓝色箭头）的钛含量分布图；（b）典型部门淹没撞击坑的光学影像，此中白色箭头指示了撞击坑溅射物与玄武岩的边界；（c）研究区域的无空气重力非常，由此可进一步盘算得到有用密度谱。
图3 （a）嫦娥五号着陆区各下伏玄武岩单元的厚度；（b）Em4与Em3单元厚度之和的空间分布，此中红色曲线为Rima与Mairan月溪；（c）嫦娥五号着陆区以及月表别的地域玄武岩岩浆的喷发率。
来源：中国科学院国家空间科学中心 |
