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    我国学者与海外合作者在月球正反面物质不对称性分布成因研究方面取得进展

    日期 2022-02-15   来源:地球科学部   作者:程惠红  【 】   【打印】   【关闭

    图  月球观测到的钛铁矿(a)和钍元素(b)的分布;模型模拟得到钛铁矿(c)和钍元素(d)的分布;

    白线轮廓代表了南极艾特肯盆地的重力异常边界

      在国家自然科学基金项目(批准号:41674098、12173106)等资助下,北京大学张南、澳门科技大学丁忞与澳大利亚科廷大学合作,通过耦合撞击动力学和地幔动力学数值模拟,揭示了月球最大的撞击事件(月球背面南极艾特肯盆地形成事件)产生的热异常通过地幔翻转过程促使月球正反面的物质成分不对称性分布,为月球及其他类地行星早期演化过程研究提供了新思路。研究成果以“月球南极艾特肯撞击引起的地幔翻转造成其物质不对称分布(Lunar compositional asymmetry explained by mantle overturn following the South Pole Aitken impact)”为题,于2022年1月10日在期刊《自然﹒地球科学》(Nature Geoscience)上发表,并以“宇宙撞击揭示了月球上的一个谜”为题作为亮点予以报道。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41561-021-00872-4。

      月球距地球38万公里,是距离地球最近的星体。遥感观测显示月球上遍布上万个陨石撞击坑,其中直径达到300 km以上的陨石坑盆地就有30个以上,并且月表地形呈正面低地、背面高地的不对称结构,在正面广泛分布着月海玄武岩而在背面则是大量非常古老的斜长岩。这种物质不对称性形成于月球演化的早期,是月球后续演化的起点,深刻影响着后续地质和热化学动力学长期演化的方向。然而,造成月球正反面物质不对称分布成因机制尚不清楚。

      研究团队长期致力于月球的结构和起源研究。他们发现月球上大的陨石坑发生的时间主要集中在太阳系形成的初期和月球晚撞击期,且月球放射性元素和钛铁矿在近月面集中。据此,提出月球最大的撞击事件——艾特肯盆地形成事件造成的热异常,通过地幔翻转过程,促使月球正面形成富含钛铁矿和克里普岩的月幔源区,从而形成月球正反面物质呈现不对称性分布。研究团队通过耦合撞击动力学和地幔动力学数值模拟方法,模拟了这个撞击过程以及联动的钛铁矿驱动的重力失稳过程,很好地拟合了观察到的放射性元素和钛铁矿在近地面北面的聚集(图),并进一步进行了陨石撞击后重力场的约束。

      该研究揭示了行星内部密度结构和外部陨石撞击在塑造行星浅表层形态和矿藏分布方面的决定性控制作用,证明了内外动力学耦合演化模式有助于更好地理解类地行星的早期演化过程,提升了对类地行星结构演化机制与动力学过程的认识,促进了太阳系行星演化和人类起源环境的了解。