嫦娥|探究月球形成真相从月壤微尺度矿物结构和化学成分下手( 二 )

两大“利器”助力微观尺度研究
对于如何开展研究，夏小平表示：“我们主要选择无损或者微损的样品分析手段——配有电子能量损失谱的高分辨透射电子显微镜和原位微区二次离子质谱来开展研究。侧重微观尺度的矿物结构和化学成分两方面紧密结合来研究月球样品，这是我们区别于国内其他研究单位的主要特点。 ”
月球表面的一个重要特点是具有广泛分布、厚度达几十到数百米的细粒月壤。美国阿波罗计划采集的样品表明，这些月壤粒径大多只有0.1—0.4微米，多数比我们平时关注的PM2.5还要小很多。
“据我们初步了解，我国嫦娥五号月球样品比阿波罗样品还要更加细小，是什么因素导致了月壤具有这种极为细粒的形态？如此细粒的月壤究竟由什么特殊的矿物组成？嫦娥五号月球样品记录了怎样的月球表面环境演化历史？这些都是我们想回答的科学问题。 ”朱建喜说。
他表示，团队将通过研究月球样品的纳米矿物学特征，考察宇宙射线侵蚀的强度以及撞击成因矿物的组合、形貌、形变特征和期次，找寻高压矿物、含铀矿物，采用同位素定年和热释光定年等方法来揭示撞击温度、压力演化历史，讨论它们能否反映月球演化历程以及这些因素对月壤形成的影响。
探寻月球形成和演化过程
关于月球的形成，目前科学界广泛认可的是大撞击假说。大撞击假说认为月球是地球被一个外来天体撞击熔融后分离出去一部分物质凝结形成的。提出这个假说的主要证据是地球和月球两者相似的三氧同位素组成，以及阿波罗样品普遍缺乏挥发份。
“大撞击假说认为撞击产生的高温导致挥发性元素大多丢失，挥发份极度亏损。 10多年前，科学家基本都认为月球的内部和表面不存在水，非常干燥。但近年来的月球探测已表明，月球的内部和表面都存在一定量的水。 ”夏小平说。
研究表明，一些月球矿物含有结构水，月球的北极还发现了水冰，月球陨石坑即使在阳光照射下也有自由水的红外光谱。因此月球到底是干的还是湿的，目前仍争论不休，这也影响到大撞击假说是否成立。
“从月壤样品中探求月球的形成和演化过程是我们的研究方向之一。我们计划用原位微区二次离子质谱法测定样品的挥发份和挥发性元素的含量以及同位素组成。 ”夏小平阐释道， “大撞击模型推测月球的挥发性元素会变成气体逃逸出月球，氢和惰性气体应该完全丢失。我们将对样品中辉石、长石、橄榄石以及磷灰石等矿物进行挥发份含量和同位素测试，以讨论岩浆演化、去气等过程对我们观察到的月球样品挥发份含量的影响。 ”
原位微区二次离子质谱法是目前行星科学测定样品元素和同位素组成最先进的分析方法。广州地化所是国内为数不多拥有大型二次离子质谱仪的科研单位之一，对挥发份元素的分析研究是其特长所在。该所自主研发的分析方法将该仪器测试水含量的背景值降低到百万分之一，达到了世界同类实验室的先进水平。
夏小平进一步介绍，岩浆演化可以导致挥发份富集从而使科研人员高估月球本身的水含量，去气作用会导致挥发份在月球表面后期丢失，从而使科研人员低估月球本身的水含量。通过原位微区剖面挥发份含量和同位素的同时分析可以识别这些作用的影响。另外，结合同位素分析还可以识别月球形成后陨石撞击、太阳风和地球风带来的外来水的影响。
同时，团队还将着重研究月球样品里的金属小颗粒，通过研究金属小颗粒里的三氧同位素组成成分，寻找太阳系原始星云的同位素组成。

嫦娥|探究月球形成真相 从月壤微尺度矿物结构和化学成分下手( 二 )

嫦娥|探究月球形成真相从月壤微尺度矿物结构和化学成分下手( 二 )