发布单位:台北市立天文科学教育馆

  世界标准时间2024年5月3日9时30分,中国的嫦娥六号月球探测船发射升空。在为期53天的任务后,所提供的样本预料将增进天文学家对于地月系统以及早期太阳系演化历史的了解。

嫦娥六号于世界标准时间2024年5月3日上午9时30分发射升空。影像来源:Space News
图说:嫦娥六号于世界标准时间2024年5月3日上午9时30分发射升空。影像来源:Space News

  嫦娥六号由四艘太空船组成,它的轨道飞行舱将控制太空船进入绕月轨道,登月探测器分离后于阿波罗陨石坑附近着陆。由于地球上永远看不到月球的背面,因此需要通讯中继卫星来提供地面和月球背面之间的通讯。为此,中国已于三月初将鹊桥二号中继卫星发射至地月之间的拉格朗日点L2。采集的样本将装载到登月探测器的上段并发射返回绕月轨道,再与轨道飞行器对接。样本转移至返回舱后。返回舱将携带样本穿越地球大气层并着陆完成任务。

  本次任务的登陆地点「阿波罗盆地」是位于月球背面一个巨大的古老撞击盆地。天文学家们认为,在这里很容易就能挖掘到月函物质,是研究月球岩浆海洋模型的最佳材料,因为月函是月球岩浆海洋凝固的直接产物,但我们以前没有在月球朝向地球的那一面找到到它们。

嫦娥六号月球探测船,预计将登陆于月球南极的阿波罗盆地附近。图片来源:Space News
图说:嫦娥六号月球探测船,预计将登陆于月球南极的阿波罗盆地附近。图片来源:Space News

  除了采集样本之外,嫦娥六号还携带全景相机与探地雷达,可提供月球表面形态以及月面以下的探测。还有月球矿物光谱仪用来分析月面的物质成分。除此之外还携带了法国提供的释气雷达侦测仪(DORN),可以侦测月球地壳中释出的氡气。瑞典提供月球表面负离子(NILS)有效载荷。意大利提供雷射后向反射器。另外携带的巴基斯坦ICUBE-Q立方卫星将释放在绕月轨道上。(编辑/台北天文馆蔡承颖)

资料来源:Space News

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  印度太空研究组织(ISRO)拍摄到月船三号(Chandrayaan-3)的着陆器维克拉姆(Vikram)和Pragyan月球车成功完成任务后停在月球表面的高分辨率影像。这些令人惊叹的影像于2024年3月15日拍摄,并由独立研究员Chandra Tungathurthi进行处理。与ISRO在2023年8月23日历史性着陆后不久分享的初始影像相比,新影像提供了该地区更多的细节。这些影像是在65公里的高度拍摄,解析度更高,约为每像素17公分。相比之下,最初的着陆后影像是在100公里的高度拍摄,解析度为每像素26公分。

拍摄到月球上印度太空研究组织的维克拉姆着陆器和Pragyan月球车的最新影像。(Photo: Isro/C.Tungathurthi)

图说:拍摄到月球上印度太空研究组织的维克拉姆着陆器和Pragyan月球车的最新影像。(Photo: Isro/C.Tungathurthi)

左图为2023年8月23日拍摄的影像,右图为2024年3月15日所拍摄。(Photo: Isro/C.Tungathurthi)

图说:左图为2023年8月23日拍摄的影像,右图为2024年3月15日所拍摄。(Photo: Isro/C.Tungathurthi)

  当并排观察两组影像时,解析度的差异非常明显。更高的解析度提供更清晰的Pragyan月球车的影像。这是印度发射的小型月球车,成为全世界第一个在月球南极附近漫游的月球车。2023年8月23日,印度的月船3号任务成功登陆月球南极,创造了历史。它成为第一个在该地区实现软着陆的国家,也是继苏联、美国和中国之后第四个在月球上实现太空船软着陆的国家。登陆器和月球车于9月3日完成两周的实验任务后,进入休眠,并原本预计于9月22日再度唤醒,但却没有如期唤醒,9月28日,仍未唤醒,使得重新运作希望不大。然而在这次任务中,登陆器和月球车在月球上进行了各种实验,有助于我们对月球环境的了解,及未来的太空探索。(编译/台北天文馆吴典谚)

资料来源:INDIA TODAY

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  加拿大西安大略大学(Western University)博士后的一项新研究指出,早期月球地壳在40多亿年前就富含水,这与先前的理解相反。本研究已发表在《自然·天文学》期刊。该论文的第一作者Tara Hayden在英国读研究所时,曾将一块陨石归类为来自月球的陨石,并在一块早期月壳样本中首次发现了矿物磷灰石。这项研究提供了令人兴奋的新证据,意谓着月球的早期地壳含有比最初认为的含有更多的水,为月球演化研究打开了新的大门。

Tara Hayden对月球陨石样本进行分析,发现含水矿物磷灰石。(图片来源:Tara Hayden)The lunar meteorite sample Tara Hayden investigated and successfully discovered the water-bearing mineral apatite. Credit: Tara Hayden
图说:Tara Hayden对月球陨石样本进行分析,发现含水矿物磷灰石。(图片来源:Tara Hayden)

  阿波罗登月计划送回的月岩样本最初被认为是缺乏挥发物的,导致人们普遍将月球描述为「极度干燥」。然而2008年早期研究人员发现,阿波罗样本收集的玻璃珠(glass beads)中存在大量的水和其他挥发物。这开启了阿波罗月岩样本长达15年的重新分析,而本研究新发现的月球陨石也显示月球表面含有更多的水。

  这项工作主要集中在矿物结构中含有挥发性元素的磷灰石上。除了玻璃珠和铁斜长岩(后者代表月球的早期地壳)之外,在所有类型的月球岩石中都发现了磷灰石。已知铁斜长岩的年龄大得惊人(45-43亿年前),是已知唯一直接由月球岩浆海中形成的岩石类型(当时月球几乎完全处于熔融状态)。在铁斜长岩这种岩石类型中发现磷灰石,使得我们能够首次直接检查月球演化的这个未知阶段。研究人员期待未来的阿提米丝3号任务的 样中能进一步研究月球早期的演化史。(编译/台北天文馆吴典谚)

资料来源:Phys.org
原始论文:Nature Astronomy

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  我们知道月球上有水冰,但不太清楚它从何来。一项新研究表示,间接来自地球和太阳的电子流有助于月球表面水冰的形成。这些电子在月球进出地球磁尾时撞击月球,而地球磁尾是地球在太空中快速移动时所留下。磁尾内部是由高电荷电子和离子组成的电浆(plasma),这些电子和离子来自地球大气层和太阳风辐射。

地球磁层的构造。The components of the magnetosphere around Earth. (NASA/Goddard/Aaron Kaase)
图说:地球磁层的构造。(NASA/Goddard/Aaron Kaase)

  科学家先前研究过磁尾和更大的磁层在月球水形成中可能扮演的角色。当地球的磁场阻挡来自太阳吹出的太阳风时,就会产生磁层,并在其尾流中产生各种影响。夏威夷大学马诺阿分校的行星科学家Shuai Li说:「这为研究月球表面水的形成过程提供了一个天然的实验室。」

  早期的研究指出,月球上的水可能来自于太阳风中的氢离子。研究人员认为,还有其他力量在起作用——特别是电子。其中一个可能的方式是高能量的电子与月球土壤反应,释放出被困住的氢,然后形成水。

  我们需要在月球表面进行进一步的观察和实验才能确定答案,以确认月球上的水最初起源于哪里。月球上的水源让科学家着迷的原因有很多,例如可了解更多月球的过去,以及如何在月球表面长期生活。该研究已发表在《自然·天文学》期刊上。(编译/台北天文馆吴典谚)

资料来源:Science Alert

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  印度上周才登陆月球,但其月船3号(Chandrayaan-3)任务已经对月球南极进行了首次科学探测。

印度月球车首次探测到月球南极的元素。India's Lunar Rover Detects First Elements Ever Found at Moon's South Pole.
图说:印度月船3号的月球探测车是第一台探测月球南极的探测车,证实了该地区存在硫及其它的元素成分。

  印度太空研究组织(ISRO)在一份声明中说:「月船3号的月球探测车上的雷射光诱导击穿光谱(LIBS)仪器首次对月球南极附近表面的元素组成进行了探测。」结果明确证实了该地区存在元素硫,这是轨道飞行器上的仪器无法做到的检测。初步分析还暗示存在铝、铁、钙、铬、钛、锰 、硅 和氧。至于是否存在氢气仍在彻底调查中。

  月球南极被认为是月球上水资源最丰富的地区,月船3号的月球探测车将在接下来的两周内利用雷射光寻找水冰的迹象,同时研究大气并分析南极的组成。如果在月球表面发现水冰,其价值将不可估量,因为有朝一日可用来为未来的月球基地生产可呼吸的氧气,也可为火箭燃料提供原料,帮助向火星发送任务。(编译/台北天文馆吴典谚)

资料来源:Science Alert

发布单位:台北市立天文科学教育馆

Credit: Pixabay/CC0 Public Domain

  一个来自法国蔚蓝海岸天文台的天文研究小组与巴黎天文台的科学家们合作,找到了更多的证据,证明月球上有一个类似于地球的核心。

  2011年,美国航太总署的行星科学家利用阿波罗任务的月震资料来预测月球中心可能存在的东西,他们认为,月球可能有一个半径约240公里的固态内核。而在这项新的研究中,法国的团队使用了各种不同的资料来进行类似的估算及模拟,进而得出了与NASA相符合的结果。

  研究团队利用多个不同的太空任务所得到的月球资料,并借此创建月球内部的可能轮廓,包含潮汐力的变形、地月距离、月球密度等。然后,他们建立了多个模拟场景,试着观察哪个与真实世界的数据最为接近,最符合真实世界数据的模拟结果伴随着物质翻转的证据,并随着时间的推移,密度较大的物质被拉向核心,较轻的物质则向外移动,这一发现有助于解释月球的火山熔岩所发现的元素。

  另一个主要发现,是月球的内核密度与地球的相当接近,可能是由铁所组成的。在模型中显示,月球内核的半径约为258公里,密度约为7.82克/立方公分,外核是一个流体层,厚度约为104公里,包裹着内核,更多论文的内容请查阅《自然》期刊。(编译/台北天文馆技佐许晋翊)

资料来源:Phys.org

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  月球上有水,但水是如何到达那里?储存在何处?以及如何移动?仍然存在着疑问。在新的研究中,中国科学家在从中国嫦娥五号探测器任务中带回的月壤中发现了微小的玻璃珠,可能是水潜藏之处,推测月壤的总储水量最高可达2.7×1014公斤。

研究分析的冲击玻璃珠电子图像。Impact glass beads under analysis. (He et al, Nature Geoscience, 2023)
图说:研究分析的冲击玻璃珠电子图像。(He et al,Nature Geoscience,2023)

  微小的玻璃珠通常是太空岩石碎片撞击到另一个物体表面时形成的,蒸发的矿物冷却后形成只有几十或几百微米大小的玻璃颗粒。在嫦娥五号月球样品中,测量到撞击玻璃珠中的水,发现水含量从边缘向中心逐渐递减。研究人员推测,这是太阳风中的氢离子注入撞击玻璃珠,并在其内部扩散、保存下来。

  一般认为月球上很大一部分的水是在太阳风作用下所产生,意即来自这些太阳粒子流的氢离子和已储存在月壤中的氧离子结合所形成的水分子。研究人员表示,这些珠子所代表的含水层可能在月球水循环中发挥重要作用。当一些水流失到太空时,可以透过储存在非晶质的撞击玻璃珠(amorphous glass beads)来补充。每公克玻璃珠可容纳0.002公克的水,根据水合特征分析,科学家认为这些珠子可以在短短几年的时间内聚积水分。

月球水循环运作示意图。How the lunar water cycle might work. (He et al., Nature Geoscience, 2023)
图说:月球水循环运作示意图。(He et al.,Nature Geoscience,2023)

  研究人员认为这些水不但可供执行月球任务的太空人饮用,利用电解方式还能产生氧气,和制造火箭燃料所需的氢气。中国科学院的地球物理学家、本研究共同作者Hu Sen说:「这些发现指出,月球和太阳系中其它无大气层的天体表面的撞击玻璃珠能够储存太阳风产生的水,并将其释放到太空中。」本研究已发表在自然·地球科学(Nature Geoscience)期刊上。(编译/台北天文馆吴典谚)

资料来源:Science Alert

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  科学家持续分析嫦娥五号带回地球的月岩、泥土样本,最新的研究结果指出月球上可能有尚未发现的新地质类型。

Moon

  在这些1.731公斤的风化层样本中,科学家发现了七种不同类型的岩石,其中一种是全新的月球玄武岩,也许形成于月球火山活动时期,这使得科学家能研究月球历史上的动荡时期。

  在这份研究中所列出的七种岩石都被认定是「外来的」,但这所谓的「外来」还是来自于月球,只不过是经由月球上的内营力或外在撞击活动带来此处的,研究人员筛选了3000个直径小于2毫米的颗粒,以寻找过去撞击坑或火山活动的证据,其中三个碎屑的高钛含量显示出过往在月球上未曾见过的矿物学特征,这可能代表了一种新型的月球岩石。根据研究论文的描述,这些岩石颗粒可能与离它们所在位置不远的撞击坑有关,但是从地质的角度来看,也许还有一些我们不了解的月球机制,甚至可能有科学家不知道的火山爆发现象。

  整体样本中只有大约0.2%被归类为外来物质,而非原先预期的10%~20%,这显示科学家们将不得不重新思考撞击物体在月球表面的传播方式,至少在该地区是这样。

  嫦娥五号在月球的风暴洋北部收集样本,这些样本可以协助科学家推测月球的演化史,并用于规划未来的月球任务着陆点或基地预订地,该研究发表于《自然·天文学》期刊上。(编译/台北天文馆技佐许晋翊)

资料来源:Science Alert

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  中国科学院地球化学研究所团队分析了嫦娥五号探测器于2020年12月带回地球的月球土壤,发现了磁铁矿(magnetite)的矿物颗粒,这种矿物在月球泥土样本中很少见。虽然阿波罗登月任务已经过去了半个世纪,但仍有未解之谜,例如其表面异常的磁场分布。因此,深入了解月球磁铁矿的形成机制和分布特征,可以为解释月球异常强磁场的成因提供一个新的视角。

  磁铁矿是一种强磁性铁矿石,存在于类似熔滴的微小球形硫化铁颗粒中,进一步的热力学模型表示,这些磁铁矿是月球表面受到巨大撞击的结果。对于行星科学家来说,磁铁矿的存在至关重要,它可追朔磁场历史,以及发现潜在的生命迹象,这是对任何行星或月球来说两个最重要的研究议题。与地球土壤不同,月球风化层极少,在来自于太阳的质子不断轰击之下,月球土壤拥有过量的电子,这使得铁更难与氧气配对形成矿石。但并不表示它一定不会发生,以前就曾在月球尘埃中发现微小的磁铁矿颗粒,但先前研究认为磁铁矿是在相对较低的温度下形成,而非像此次新研究认为是天体撞击月球表面所产生的高压、高温条件下形成的。研究人员表示硫化铁颗粒的形态特征和氧的分布,说明了是在大型撞击事件中所发生的气熔相(gas–melt phase)反应。

  先前的研究,认为陨石可能在撞击时将铁磁材料注入月球表面,这些抛射物至少可以解释撞击地点附近的一些磁场异常现象。而新研究更进了一步,发现这些撞击的勐烈程度也可能将物质转化为微小的磁铁矿,使它们成为「月球表面铁磁物质的重要来源」。换句话说,这些发现显示这种矿物在月球表面的分布更为广泛,而这增强了我们对月球演化的理解。研究该团队认为,以月球表面当前的磁化强度,再加上这些矿物的存在,将有助于解释大型天体的撞击如何导致月球磁场的形成。相关研究成果将发表于《Nature Communications》期刊上。(编译/台北天文馆赵瑞青)

月球表面。图片来源:Stocktrek/Getty Images
图说:月球表面。图片来源:Stocktrek/Getty Images

资料来源:Science Alert

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  在过去的42.5亿年中,小行星撞击导致月球的自转轴来回转动了约10度。这样一个小变化,意味着埋藏在月球两极陨石坑中的冰较不受影响,也表示未来的月球探索能持续进行。

  NASA月球探测计划的发现任务:重力回溯及内部结构实验室(Gravity Recovery and Interior Laboratory, GRAIL)提供了十分详尽的月球重力场地图,如此钜细靡遗地让陨石坑清晰可见。这也让麻省理工学院的行星科学家 David Smith想到:「月球上满满的陨石坑,它也代表了重力场的数据分布。何不将其一的陨石坑抹平看看?」Smith的团队从这个想法出发,将直径超过20公里的陨石坑一一挑出并对应GRAIL的重力数据,约有5,200个陨石坑和盆地,按照年份让时间倒转回到未撞击之前的样子。

  单看每个陨石坑的影响是微乎其微的,然而当数量够多时,随着减去一个个陨石坑,发现月球两极慢慢地回到数10亿年前的位置。这些大大小小的陨石坑加起来,几乎相当于月球背面南极艾托肯盆地(直径约2,500公里)造成的重力效应,几乎是月球表面的四分之一。

  如果影响够大时,位于月球极地的陨石坑会被推到阳光照亮的地方。一旦发生,那原先冰藏在火山口底部阴影处的挥发物都会昇华,能留下的冰就更少了,或是几乎没有。由于科学家们欲调查存留在两极的冰,这一项对月球的新认识也影响了未来的月球探索,包括NASA即将进行的载人阿提米丝任务(Artemis mission)。

  该研究团队第一阶段的工作,先关注直径超过200公里的陨石坑,分析结果非常引人注目,是个好的开始,但这不是故事的全部,还有更多工作要进续进行。月球上有很多陨石坑超出了团队现阶段所研究的参数;尽管较小,也会产生影响。此外,月球的地质上并不如现在平静,以前的火山活动也可能改变了它的重力分布。看来每一个环节都很重要。

  NASA戈达德太空飞行中心(Goddard Space Flight Center)的行星科学家 Sander Goossens说:「有一些事情我们还没有考虑到,但我们想提醒的是:人们忽略不计的那些小陨石坑,是有影响力,而且是重要的小事。」

  相关研究已发表在《Planetary Science Journal》上。(编译/台北天文馆潘康娴)

GRAIL所提供的月球重力分布图,可见密密麻麻的陨石坑。
图说:GRAIL所提供的月球重力分布图,可见密密麻麻的陨石坑。

月球极地地形图(左:北极;右:南极)。极点位移路线如黑线所示,白色圆圈标记时间资讯,红色圆圈标记42.5亿年前时极点的位置:80.4°N,0°E和80.4°S,180°E。
图说:月球极地地形图(左:北极;右:南极)。极点位移路线如黑线所示,白色圆圈标记时间资讯,红色圆圈标记42.5亿年前时极点的位置:80.4°N,0°E和80.4°S,180°E。

资料来源:Science Alert