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嫦娥五號月壤磁學性質揭示其不成熟特征

來源：時間：2023-12-14 11:27:44 瀏覽：1660次

圖1. 嫦娥五號著陸點及嫦娥五號月壤電子順磁共振波譜儀、穆斯堡爾譜儀數據

嫦娥五號月海玄武巖形成于迄今約20億年前，是人類目前為止采集的最年輕月海玄武巖（圖1）。目前已有多個研究對嫦娥五號月壤的成熟度特性進行了研究（Li et al., 2022; Wu et al., 2022; Lu et al., 2023），但對其是否成熟卻沒有一致結論。其中最主要的原因可能是目前并沒有任何對嫦娥五號月壤的磁學研究。亞微觀金屬鐵是空間風化的主要產物，具磁性，因而可以通過實驗室磁學手段進行表征，包括電子順磁共振波譜儀、穆斯堡爾譜儀和振動樣品磁力計等（圖2、圖3）。通過這些方法獲得的磁學性質，尤其是Is/FeO值是判斷月壤成熟度的關鍵指標。

圖2. 嫦娥五號月壤振動樣品磁力計數據（磁滯回線、Day-Dunlop圖和一階反轉曲線）

通過電子順磁共振波譜儀、穆斯堡爾譜儀和振動樣品磁力計等對嫦娥五號月壤CE5C0600、CE5Z0204YJ和CE5Z0906YJ和其中挑選的14個玄武巖顆粒的測試，本研究發現嫦娥五號月壤中含有約0.42-0.43 wt%的亞微觀金屬鐵，主要為空間風化成因。玄武巖顆粒中亞微觀金屬鐵的含量集中在0.08-0.10 wt%之間，主要為巖漿成因，反應了嫦娥五號玄武巖的均一性，可能形成于同一期噴發事件。嫦娥五號月壤雖然具有所有月壤中最高的FeO含量，但是其亞微觀金屬鐵含量卻并不高，兩者之間沒有直接聯系(圖3)。除此之外，根據Day-Dunlop圖和一階反轉曲線，顯示嫦娥五號月壤較玄武巖顆粒具有更細的磁疇，具假單疇特征。

圖3. 月壤亞微觀金屬鐵（Fe0）和FeO含量并無直接聯系。月壤Is/FeO和Fe0/FeO具線性關系

Is/FeO值是衡量月壤是否成熟的關鍵指標。前人雖然通過輻射傳輸方法對其進行了限定，但相關方法精度較低，應用過程中需要做大量假設。由于缺乏標樣（已知Is/FeO值的阿波羅樣品），目前國內無法直接測定月壤的Is/FeO值。本研究發現月壤的Fe0/FeO和Is/FeO值具有強相關性（R=0.89；圖3），并提出根據其線性關系可以由實驗室通過振動樣品磁力計或穆斯堡爾譜儀測定的Fe0值，由化學方法或XRF測定的FeO含量反推Is/FeO指標。

圖4. 月壤Is/FeO值與凝結集塊巖含量和Ni含量的關系。

據此，本研究得到嫦娥五號樣品的Is/FeO值為14+6/-10。這是首次由實驗室磁學測試得到嫦娥五號月壤的成熟度指標，反映嫦娥五號月壤是目前為止采回的最不成熟的月壤之一（圖3右），與其最為年輕的年齡相一致。同時，團隊比較了嫦娥五號月壤的Is/FeO值與其中凝結集塊巖含量、Ni含量等指標，發現計算得到的Is/FeO值都落于擬合線上，驗證了該計算結果的可靠性（圖4）。

文章來源：行星科學

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