人民網(wǎng)北京2月15日電 (記者趙竹青)北京時間2月15日,《自然-天文學》雜志(Nature Astronomy)發(fā)布了月球科學研究的一項重要成果。中國科學院空天信息創(chuàng)新研究院遙感科學國家重點實驗室行星遙感團隊及合作者,利用嫦娥五號月球樣品的同位素年齡和著陸區(qū)撞擊坑統(tǒng)計結(jié)果,在目前常用月球年代函數(shù)的基礎上建立了新的更精確的年代函數(shù)模型,為月球和行星科學研究提供更精確的時間標尺。
記者從中國科學院空天信息創(chuàng)新研究院了解到,在月球和行星科學研究中,確定重要地質(zhì)單元和重大地質(zhì)事件的年齡至關(guān)重要。早期阿波羅(Apollo)和月球(Luna)探測任務在月球表面采集了樣品,并通過同位素測年方法得到了這些樣品的精確年齡,它們代表了樣品所在地質(zhì)單元的年齡。為了將這些有限的年齡信息應用到月球全球,歐美科學家們建立了撞擊坑統(tǒng)計定年方法,包括描述撞擊坑大小-頻率分布規(guī)律的產(chǎn)率函數(shù)和描述撞擊坑歸一化頻率與絕對年齡關(guān)系的年代函數(shù),前者通過遙感圖像撞擊坑統(tǒng)計分析得到,后者通過樣品年齡及其所在地質(zhì)單元撞擊坑歸一化頻率得到。其中最著名和廣泛應用的是德國柏林自由大學格哈特·紐庫姆教授建立的產(chǎn)率函數(shù)和年代函數(shù),自1983年建立沿用至今。
然而,遺憾的是,Apollo和Luna采集的樣品年齡在約30億年至10億年間有一個很大的空白區(qū)間,幾乎占據(jù)了月球地質(zhì)歷史的一半,這也使得年代函數(shù)的可靠性一直受到質(zhì)疑。因此,尋找月球表面20億年左右地質(zhì)單元的樣品對驗證和改進月球年代模型具有重大意義,這也成為嫦娥五號任務的科學目標之一。2020年12月1日,嫦娥五號在月球正面風暴洋北部呂姆克山、夏普月溪附近安全著陸,所返回樣品的同位素測量結(jié)果表明其年齡為20.3億年,與預期吻合很好。嫦娥五號樣品年齡為月球年代函數(shù)的改進提供了一顆珍貴的“金釘子”,是嫦娥五號樣品對月球科學研究的一個獨特貢獻。
研究團隊基于高分辨月球遙感影像的撞擊坑統(tǒng)計分析結(jié)果和撞擊坑產(chǎn)率函數(shù)得到嫦娥五號采樣點地質(zhì)單元的撞擊坑歸一化頻率,與嫦娥五號樣品的年齡構(gòu)成建立月球年代函數(shù)模型一組新的控制數(shù)據(jù),通過非線性最小二乘擬合算法,對Neukum (1983)年代函數(shù)進行更新,建立了新的月球年代函數(shù)模型,并對比了新老函數(shù)的差異。分析表明,根據(jù)新的年代函數(shù)得到的定年結(jié)果在大部分情況下更老一些,最大的差別在2億年左右。由于增加了嫦娥五號關(guān)鍵數(shù)據(jù)點,新的月球年代函數(shù)模型定年的精度優(yōu)于經(jīng)典的Neukum (1983)模型,可用于今后月球地質(zhì)單元的定年。進一步,可根據(jù)新的月球年代函數(shù),推演火星、水星等其他地外行星的新年代函數(shù),提高定年精度。新月球年代函數(shù),是一把更精確的時間標尺,將在月球和行星科學研究中發(fā)揮重要作用。
該成果得到了審稿人的高度評價。其中一位審稿人表示,“這項原創(chuàng)性工作具有重要意義,我想整個行星科學領(lǐng)域都會對這個結(jié)果感興趣”。