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为了将这些有限的年龄信息应用到月球全球 , 欧美科学家们建立了撞击坑统计定年方法 , 包括描述撞击坑大小-频率分布规律的产率函数和描述撞击坑归一化频率与绝对年龄关系的年代函数 , 前者通过遥感图像撞击坑统计分析得到 , 后者通过样品年龄及其所在地质单元撞击坑归一化频率得到 。 其中最著名和广泛应用的是德国柏林自由大学格哈特·纽库姆(Gerhard Neukum)教授建立的产率函数和年代函数 , 自1983年建立沿用至今 。
然而 , 遗憾的是 , 阿波罗和月球任务采集的样品年龄在约30亿年至10亿年间有一个很大的空白区间 , 几乎占据了月球地质历史的一半 , 这也使
得年代函数的可靠性一直受到质疑 。 因此 , 寻找月球表面20亿年左右地质单元的样品对验证和改进月球年代模型具有重大意义 , 这也成为嫦娥五号任务的科学目标之一 。
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(文章内容来源于文汇报)
2020年12月1日 , 嫦娥五号在月球正面风暴洋北部吕姆克山、夏普月溪附近安全着陆 , 所返回样品的同位素测量结果表明其年龄为20.3亿年 , 与预期吻合很好 。 嫦娥五号样品年龄为月球年代函数的改进提供了一颗珍贵的“金钉子” , 是嫦娥五号样品对月球科学研究的一个独特贡献 。
研究团队基于高分辨月球遥感影像的撞击坑统计分析结果(图1b)和撞击坑产率函数得到嫦娥五号采样点地质单元的撞击坑归一化频率(即N(1)值) , 与嫦娥五号样品的年龄构成建立月球年代函数模型一组新的控制数据 , 通过非线性最小二乘拟合算法 , 对Neukum (1983)年代函数进行更新 , 建立了新的月球年代函数模型:
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并对比了新老函数的差异(图2a) 。 分析表明 , 根据新的年代函数得到的定年结果在大部分情况下更老一些 , 最大的差别在2亿年左右 。
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进一步 , 可根据新的月球年代函数 , 推演火星、水星等其他地外行星的新年代函数 , 提高定年精度 。 新月球年代函数 , 是一把更精确的时间标尺 , 将在月球和行星科学研究中发挥重要作用 。 然而 , 月壤的最重要作用 , 可不只是测定月球年龄这么简单~首先 , 月球没有大气、没有水、更没有生物 。 那么月壤又是怎样形成的?
由于没有大气 , 月壤被直接暴露在太阳辐射和微陨石的轰击之下 , 组成和物理性质发生改变 , 科学家们将这个过程称为“太空风化” , 从而与地球上在大气、水和生物共同作用下的“地表风化”相区别 。 月壤的形成过程没有生物活动参与 , 没有有机质 , 还极度缺水干燥;组成月壤的矿物粉末基本是由陨石撞击破碎形成 , 因此 , 粉末颗粒的锐角十分锋利 。
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不仅如此 , 月球没有磁场保护 , 太阳风(主要由氢离子等组成)会注入到粉尘颗粒表面 , 将矿物中的二价铁离子还原成纳米金属铁微粒 , 从而改变其电磁特征、光谱特征(颜色)等 。 月球表面经常被陨石以每秒10多公里的速度撞击 , 巨大的能量会使月表一部分物质熔融 , 形成玻璃 , 还有一部分物质气化 , 再重新凝结 , 成为月壤组成的一部分 。
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