中國科學家建立新的月球年代函數模型


由中國科學院空天信息創新研究院、遙感科學國家重點實驗室行星遙感團隊聯合中國科學院地球化學研究所、國家天文台的中國科學家,利用嫦娥五號帶回來的泥土樣本,通過同位素年齡和登陸區隕石坑統計結果,在目前常用月球年代函數基礎上,建立新的更精確的年代函數模型,為月球和行星科學研究提供更精確的時間標尺。

在月球和行星科學研究中,確定重要地質單元和重大地質事件的年齡至關重要。為了將月球樣本有限的年齡數據應用到月球全球,歐美科學家建立隕石坑統計定年方法,包括描述撞擊坑大小;頻率分佈規律的產率函數和描述隕石坑歸一化頻率與絕對年齡關係的年代函數,其中最著名和廣泛應用的是德國柏林自由大學教授格哈特·紐庫姆(Gerhard Neukum)在1983年建立的產率函數和年代函數。

遺憾的是,美國太陽神(Apollo)太空人和前蘇聯月球16號(Luna 16)太空船採集的樣品年齡在約30億年至10億年間有一個很大的空白區間,幾乎佔據月球地質歷史的一半,這使年代函數的可靠性一直受到質疑。 因此,尋找月球表面20億年左右地質單元的樣本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(Mons Rümker)、夏普月溪(Rima Sharp))附近安全登陸,所返回樣本的同位素測量結果顯示它的年齡為20.3億年,與預期吻合,為月球年代函數的改進提供一個珍貴的標杆。

研究團隊基於高分辨月球遙感影像的隕石坑統計分析結果和撞擊坑產率函數,得到嫦娥五號採樣點地質單元的隕石坑歸一化頻率,與嫦娥五號樣本的年齡構成建立月球年代函數模型一組新的控制數據,通過非線性最小二乘擬合算法,對格哈特·紐庫姆建立的年代函數進行更新,並建立新的月球年代函數模型。

分析顯示,新的年代函數得到的定年結果在大部分情況下更老一些,最大的差別在二億年左右。由於增加了嫦娥五號關鍵數據點,新的月球年代函數模型定年的精準程度優於經典模型,可用於今後月球地質單元的定年。未來還可以可根據新的月球年代函數,推演火星、水星等其它地外行星的新年代函數,提高定年準確度。

【圖:互聯網;文:節錄自科學網頁;新聞資訊由林景明提供】研究全文刊登在2022年2月14日出版的《自然-天文學》期刊;標題是:Updated lunar cratering chronology model with the radiometric age of Chang’e-5 samples

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