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嫦娥四号研究成果揭秘南极-艾肯盆地成分异常区成因

南极-艾肯盆地是月球上最大的撞击盆地，直径超过2400千米。研究南极-艾肯盆地对于揭示月球不对称性起源、撞击过程、早期演化过程以及深部物质成分具有重要意义。轨道遥感观测表明南极-艾肯盆地中心存在成分异常区，山东大学行星科学团队对玉兔二号月球车原位可见近红外光谱数据分析和解译，发现月壳是南极-艾肯成分异常区的主要物质来源，为未来南极-艾肯盆地乃至月球深部物质的探测提供了重要约束。

月球表面主要物质组分是辉石和橄榄石，南极-艾肯盆地底部的物质成分出现异常，镁铁质硅酸盐矿物含量以及铁含量显著高于盆地外围区域(图1)。

南极-艾肯盆地内外铁、辉石含量分布。图片来源：探月与航天工程中心官方微信

以往对南极-艾肯盆地物质成分的研究大多只注重镁铁质矿物，由于这一地区的镁铁质异常特征，甚至引发了有关月幔是橄榄岩还是辉石岩的争论。虽然根据月球岩浆洋假说，橄榄石和辉石是月幔的主要矿物，但是月壳形成之后的深成岩浆侵入作用同样能够在月壳中形成富集橄榄石或辉石的岩石，因此富集橄榄石或辉石并不能作为源自月幔的证据。迄今人类还没有获取南极-艾肯盆地的样品返回地球，无法获知其微量元素和同位素特征，通过遥感或原位探测可获得的物质成分信息中，斜长石含量也是区分壳源和幔源岩石的关键指标。

芬森撞击坑溅射出的南极-艾肯成分异常区物质中的斜长石含量超过了撞击熔融体分异过程所能演化出的斜长石含量，因此成分异常区矿物学特征的形成存在额外月壳物质的加入(图2)。数值模拟研究认为，在南极-艾肯撞击挖掘过程中，月壳已经被完全剥离，但在随后的改造阶段，瞬时坑壁的垮塌可能导致月壳物质滑落盆地底部。另外，南极-艾肯撞击事件之后的其它盆地撞击事件也对南极-艾肯盆地底部产生了回填作用，盆地形成时暴露出的月幔物质或撞击熔融产物很可能已经被月壳物质稀释。矿物学与地球化学解混分析结果表明，成分异常区表面月壤由大约70%月壳物质与大约30%富集铁元素与不相容元素的物质混合而成。

嫦娥四号着陆区矿物组分及其来源储库。图片来源：探月与航天工程中心官方微信