刘金高和作报告的中科院地球化学研究所研究员刘耘讨论的数值模拟,是探索月球形成与演化这一重大科学命题的前沿研究方向之一。

  来源:中国科学报

  84岁的中科院院士欧阳自远拿起面前的话筒,缓缓起身,递给了身后的年轻人。在5月8日举行的香山科学会议第651次学术讨论会上,“80后”科研人、中国地质大学(北京)教授刘金高接过话筒发言:“我有一个问题,您提到的数值模拟是否考虑了时间维度?”

  刘金高和作报告的中科院地球化学研究所研究员刘耘讨论的数值模拟,是探索月球形成与演化这一重大科学命题的前沿研究方向之一。

  如今,距离欧阳自远等老一辈科学家1958年开始系统开展月球科学、行星科学和化学研究已经过去60多年,我国探月工程圆满完成嫦娥一号、二号、三号及四号任务。今年下半年,嫦娥五号即将发射,科学家期待它带回足够多的“拼图”,帮助解开月球诸多谜题。

  诸多科学问题待解

  作为地球唯一的天然卫星,月球的身世之谜一直激发着人们的好奇心。上世纪80年代,“大撞击假说”兴起,逐渐成为被科学家广泛接受的理论。这一假说认为,大约45亿年前,被一颗行星撞击后,地球的一些部分被抛入太空,最终形成月球。撞击过程中的极端高温让钾、铅、铋等一些挥发性元素气化而逃逸。这些元素被科学家们称为“月球中等挥发份”。

  不过,迄今为止,大撞击的细节尚未完全确定。刘耘在报告中指出,“月球中等挥发份”丢失是该假说建立的重要支柱,未来对这一问题数值模拟研究的深入将推动大撞击理论的认识。

  岩浆洋演化,则是大撞击之后的重要科学问题。大撞击形成初期,月球大部分组成物质处于熔融状态形成岩浆洋,而随着温度,岩浆洋中的橄榄石、辉石开始结晶,下沉形成月幔堆晶,随后斜长石结晶并漂浮至岩浆洋表面。这一过程被称为月球“岩浆洋分异”的标准模型。

  不过,在对“阿波罗计划”采集的样品分析后,科学家对岩浆活动模型也存在争议。岩浆洋演化和分异过程,仍然是月球形成和演化中的一桩“悬案”。

  嫦娥五号备受期待

  瞄准月球科学中的诸多难题,今年年底前后嫦娥五号探测器将发射,实现月球取样返回地球。

  据,嫦娥五号将选择位于月球最大的月海风暴洋北缘的吕姆克山附近着陆,钻取深度约为2米的月壤岩芯柱,采集2公斤月球样品。

  对此,与会专家指出,风暴洋地体相对较年轻,更富集铀、钍、钾等放射性元素,返回样品将是绝佳的研究对象。“嫦娥五号采样的区域存在大约20亿~13亿年前的玄武岩,获得这些年轻玄武岩的同位素年龄,将推进对月球火山活动和演化历史的认识。”山东大学空间科学研究院教授凌宗成说。

  同时,围绕返回样品开展高精度年代学分析,结合微量元素和稳定同位素信息,有望对月球内部冷却历史及其岩浆演化晚期过程给出更精确描述。

  在前期已经实现月球遥感探测和就位探测基础上,科学家们对精度更高的采样返回抱有极大期待。

  迈进科学目标驱动时代

  近年来,随着探月工程“绕”“落”的实施,作为一位探月“老兵”,欧阳自远欣慰地看到,我国已经具备了全月面到达能力。“深空探测是时候从工程目标驱动转变为科学目标驱动了。”他强调。

  《中国科学报》从此次会议上获知,目前,我国正在进行嫦娥四期和未来深空探测的立项论证。此次会议执行主席、中科院地质与地球物理研究所研究员林杨挺在会议报告中指出,有望在未来嫦娥四期工程中取得突破。

  “例如,月球深达13公里的南极—艾肯盆地打开了一扇月球深部的窗口,在该区域进行探测和采样返回,将揭示下月壳和上月幔的物质组成,制约岩浆洋的结晶过程,并为地—月物质来源提供关键证据。同时,返回的最古老撞击盆地样品,还将揭开地—月系统最早期的撞击历史。”林杨挺说。

  同时,我国火星探测已确定两次任务,首次探测将于2020年发射,开展环绕、着陆和巡视等联合探测,第二次探测计划从火星采样返回。目前,首次火星科学目标已敲定。

  与会专家一致认为,未来在任务目标确定及运行管理方面,应遵循国际成功的和做法,让作为科学数据和返回样品用户的科学家能够主导科学载荷,获得更多、更高的科学数据和样品,以保证科学目标高水平实现。

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