发布单位:台北市立天文科学教育馆

  中国的玉兔二号月球车在探索月球背面的冯·卡门(Von Kármán)撞击坑时,发现了一个奇特的物体,在非常模糊影像中,它似乎是立方体突出物。这奇异物体被戏称为“神秘小屋”。中国国家航天局表示,玉兔二号要走两三个月,才能靠近看清楚。需要这么久部分原因是月球车需要缓慢行驶,才能穿越布满砾石的危险地形,此外在持续两星期的月球夜晚中没有电力无法行走,太阳在头顶时也要关闭防止过热。

  这不是首次玉兔二号在月球背面所见怪事。2019年看到一种被描述为“凝胶状”的奇特物质,结果证明是月球岩石因撞击而融化成的玻璃。玉兔二号与嫦娥四号在2019年1月登陆,原计划为期3个月,但已经生存接近3年,历经第37个“月球日”。(编译/台北天文馆研究员李瑾)

Yutu-2's view of the distant mystery cube. (Our Space/CNSA)

资料来源:Science Alert

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发布单位:台北市立天文科学教育馆

  经过几十年研究,终于证实月球拥有二氧化碳的冷阱,可能含有固体二氧化碳(干冰)。它们位在月球两极永久阴影区域,温度低于冥王星最冷区。在月球夏季的最高温度期间,在这些冷阱中二氧化碳分子也可能冻结并保持固体形式。尽管科学家多年来一直预测有冷阱,但这是首次确定并绘制位置,并表在AGU journal Geophysical Research Letters学刊。

  为了找到月球表面最冷的点,研究人员分析了11年来月球勘测轨道飞行器(Lunar Reconnaissance Orbiter)上的仪器(Diviner Lunar Radiometer Experiment)的温度数据,研究报告表明,这些冷阱位于几处月球南极区,总面积约204平方公里,其中阿蒙森环形山(Amundsen)最大,拥有82平方公里的冷阱。在这些地区,温度持续保持60K以下(大约负210摄氏度)。

  月球存在干冰阱可能会对未来月球探索与资源政策产生影响,因为干冰能以多种方式使用:如未来太空探索者可以利用这些资源生产钢铁、火箭燃料和生物材料,这对于机器人或人类在月球上的持续存在都至关重要,这种潜力已经引起了政府和私营公司的兴趣。科学家们还可以研究月球的碳,以了解有机化合物是如何形成,以及在这些恶劣的环境中可以自然产生什么样的分子。此外,二氧化碳也可以作为月球表面水和其他挥发物来源的示踪剂,帮助科学家了解它们是如何到达月球。(编译/台北天文馆研究员李瑾)

月球拥有二氧化碳的冷阱
月球拥有二氧化碳的冷阱

资料来源:Phys.org

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月球克拉维斯陨石坑。(图片来源:NASA/USGS)
月球克拉维斯陨石坑。(图片来源:NASA/USGS)

  2021年10月,澳大利亚太空总署和NASA签署了一项协议,利用阿提米丝计划将澳大利亚制造的探测车送上月球,目的是收集月球岩石,希望在月球能产出可以提供呼吸的氧气。

  尽管月球有大气层,但它非常稀薄,主要由氢、氖和氩组成,不是依赖氧气以维持生存的哺乳动物(例如人类)所需要的那些地球大气成分。

  实际上,月球上有充足的氧气,只是它不是气体形式,而是被锁在风化层内,覆盖在月球表面的岩石和尘土中。

  在地球上,氧气可以在我们周围地下的许多矿物质中找到,月球主要也是由这些相同岩石组成(虽然来自流星的物质比较多)。二氧化硅、铝、氧化铁和氧化镁等矿物是月球表面主要的成分,这些矿物质都含有氧气,它们以几种不同的形式存在,其中包括覆盖在月球表面的坚硬岩石、灰尘、砾石和石头中,这种物质是数千年以来陨石撞击月球表面的影响产生的。

  月球到底可以产出多少氧气呢?如果我们不计算在月球更深的硬岩材料中存在的氧气,只考虑表面容易接近的风化层,我们可以得出一些估计值。每立方公尺的月球风化层平均含有1.4吨矿物质,包括约630公斤氧气。NASA表示,一个人每天呼吸约需800公克氧气才能生存。所以630公斤的氧气可以让一个人存活约两年。

  假设月球风化层的平均深度约10公尺,我们可以从中提取所有氧气。这意味着月球深度10公尺的表面,将提供足够的氧气来支持地球上所有80亿人大约100,000年的时间。

  月球的风化层大约由45%的氧气组成,但氧气与上述矿物质紧密结合,如何打破那些牢固链结?在地球上,我们常用「电解」这种化学反应,例如生产铝,利用电极让电流通过液态氧化铝,将铝与氧分离。这是一个非常简单的技术,但非常耗能,在月球上处裡需要得到太阳能或月球上可用的其他能源的支持,将这个工业设备从地球移到月球上,并产生足够的能量来维持运作,将是一个巨大的挑战。

  2021年初,总部位于比利时的新创公司Space Applications Services宣布正在建造三个实验反应炉,研究改进电解制氧过程,希望到2025年将这项技术送上月球,作为欧洲太空总署就地资源利用(in-situ resource utilization,ISRU)任务的一部分。(编译/台北天文馆刘恺俐)

资料来源:Space.com

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发布单位:台北市立天文科学教育馆

嫦娥五号全景图

  中国、澳大利亚、瑞典和美国的学者研究嫦娥五号带回的月岩,发现19.7亿年前,熔岩仍在月球表面流动,并发表在《科学》学刊上。

  嫦娥五号于2020年12月降落在月球面向地球的一侧,将1.7公斤的月岩带回地球,是1976年苏联的月球24号任务后,首次携回样本。嫦娥五号的主目标之一是寻找月球最年轻火山爆发的证据。虽然科学家们之前以表面撞击坑的数量来预测此处是年轻的火山岩,但没有样本就无法证实。

  样品使用中国北京离子探针中心(The Beijing SHRIMP Center)的高敏感分辨率离子探针分析,发现熔岩的喷发年龄为19.7亿年,比之前携回的月球熔岩都要年轻10亿年以上。在月球的地质史上,月球表面发生多次火山喷发,形成了大片玄武岩,称为月海。大部分火山活动发生在30~40亿年前。行星科学家对阿波罗任务的月球岩石以及源自月球的陨石进行年代测定,获得证实。但嫦娥五号的样本证明更晚期仍有火山活动。但是,月球那么大的行星在20亿年前应该已经消失此爆发。因此,这项发现揭开新的谜团,即像月球这样的小型岩石星体如何保留足够的内部热量?之前,科学家认为月球内部放射性元素可能融化内部岩石,但样本成分分析认为不是。潮汐力加热也是选项之一,或是月涵某种特性导致较低的熔化温度。这些猜测仍须进一步对样本研究。

  1970年代初阿波罗任务的样本彻底改变我们对太阳系动态以及行星如何形成演化的理解,新研究再次证明从其他行星体返回样本,再以在地球实验室分析的科学价值。此外,也验证陨石坑计数方法估计其他行星(例如火星、金星和水星)表面年龄的可靠性。(编译/台北天文馆研究员李瑾)

资料来源:Science Alert

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发布单位:台北市立天文科学教育馆

  美国绿堤天文台(GBO)、美国国家电波天文台(NRAO)及雷神资讯暨太空公司(RI&S)共同发表一张月球高分辨率图像,是从地面拍摄最高解晰度的月球图像,目标是第谷坑。图像分辨率为5米乘5米,包含大约14亿像素。该图像覆盖了200公里乘175公里的区域,确保完整包含直径达86公里的撞击坑。

  绿堤望远镜(GBT)位于美国西维吉尼亚州绿堤,是世界上最大完全可控方向的无线电望远镜,其主镜的接受面积为直径100米,可观测毫米波到米波段。在今年年初,配备雷神公司所开发新型雷达发射器,能将脉冲发送太空,当信号从月球表面反弹,可被甚长基线阵列(VLBA)接收,工程师将存储的脉冲相互比较以生成图像。他们使用利用合成孔径雷达技术,使发射器、目标和接收器都在随地球自转移动下,将接收的电波组成高分辨率的影像。此外,每个返回的雷达脉冲都包含略微不同方向的信息,因此天文学家可以获得比静止观测更多的资料。天文学家希望这项新技术,能让我们从地球就可清晰地探索更多太阳系的星球。(编译/台北天文馆研究员李瑾)

最高解晰度的月球图像
最高解晰度的月球图像

资料来源:Science Alert

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发布单位:台北市立天文科学教育馆

  NASA日前宣布,将以位于月球南极的Nobile撞击坑为VIPER探测车的登陆点,VIPER(Volatiles Investigating Polar Exploration Rover)任务主要是勘探月球南极地区水冰的分布,可作为未来月球建立基地计划准备。

探测车

  VIPER预计2023年11月发射,漫游车高2.45公尺,长宽约1.5公尺,重量为430公斤。由于先前探月任务如月球坑观测和传感卫星(LCROSS)、月船1号(Chandrayaan-1)等任务观测到月表有水冰迹象,尤其是南极的撞击坑底,这些水可能是彗星、小行星等撞击输送到月面。若能挖掘和提取,可作为探月计划生活与燃料使用。VIPER任务预计100天,携带的1米钻头能取得地下样品,并以质谱仪、近红外光谱仪与中子光谱仪等设备分析其成分。VIPER动力设计与好奇号和毅力号不同,它拥有四个独立悬吊的轮子,轮子能主动转向,所以可以横向移动。它有两种速度模式:在科学操作模式每秒仅10公分,快速移动时为两倍。此外,撞击坑阴影处仅摄氏零下240度左右,对漫游车相当严苛。如果计划顺利,VIPER将成为NASA第一个登上月球的自动漫游车。(编译/台北天文馆研究员李瑾)

资料来源:Sky & Telescope

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日本月球机器人公司iSpace宣布,将在2022年把阿拉伯联合酋长国设计的月球车送上月球。
日本月球机器人公司iSpace宣布,将在2022年把阿拉伯联合酋长国设计的月球车送上月球。

  日本月球机器人公司(iSpace)近日表示,明年将把一艘阿拉伯联合酋长国的无人探测器-拉希德号(Rashid)送上月球。并将使用SpaceX的猎鹰9号火箭,从佛罗里达发射。

  阿拉伯联合酋长国探月任务经理Hamad al-Marzooqi表示,拉希德号在执行完任务后,将继续留在月球上。

  拉希德月球车将完全由阿拉伯联合酋长国设计,原本打算在2024年登入月球,但如今决定提前2年发射。

  月球车是以迪拜前统治者拉希德·本·穆罕默德·本·拉希德·阿勒马克图姆的名字命名,它将携带6个仪器,包含两台高分辨率相机、一台显微镜相机和一台热成像相机。主要任务为研究月球尘埃和月岩,收集数据并传回地球。

  拉希德号若成功登陆月球,将是迄今为止最小且最轻的月球车,其高度仅为70公分,长宽皆为50公分,重量不到10公斤。(编译/台北天文馆吴典谚)

资料来源:phys.org

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Thorium concentrations on the Moon.

  一个覆盖了将近四分之一月球表面积的陨石坑,揭露了月球这颗卫星形成的新讯息。科学家利用放射性元素钍,针对南极-艾特肯盆地撞击产生的物质进行分析后,能够细部推演月球地函及地壳发展的时间线,这项结果对于理解月球的形成和演化有着重要意义。

  月球上的南极-艾特肯盆地放在太阳系之最里也相当突出,它的直径约2550公里,深达8.2公里,是太阳系中前几名的撞击坑。它在大约43亿年前的一次剧烈撞击下产生,当时的月球依然非常炎热,可塑性也极强,该次的撞击会从月球表面下挖出大量物质。

  我们都知道月球以同一面面对着地球,这使得研究位于月球另一侧的撞击坑并不容易,现在科学家针对该次撞击进行模拟,发现喷出物应该落在月球表面与钍沉积物相对应的位置。面对着地球的这一面,布满了黑斑,这些被称为月海的结构,实际上是月球远古火山或熔岩活动所形成的黑色玄武岩平原;相较之下,背对地球的那一面,颜色要浅得多,月球背面的地壳也更厚。

  科学家检测到的大部分钍都出现在近的这一侧,所以它的这种分布通常被解释为与两侧的差异有关,但对于南极-艾特肯撞击坑的分析后,似乎又是另一个故事。

  月球上的钍是在熔融时期沉积下来的,此时约为45亿至44亿年前,月球虽被熔融状态的岩石所覆盖,但也逐渐冷却和凝固,这个过程中,密度较大的矿物会下沉到更深处成为地函,较轻的则会浮上顶部形成地壳。而钍不容易与其它矿物互融,它就像一层油一样被夹在两个熔融层之间,过一段时间才会渐渐向地核下沉,而此时,一颗极大的陨石撞击月球时,挖出了大量的钍层,溅遍了月球近地球的一侧。

  该陨石也撞击并融化了更深的岩石,而更深层的岩石不含钍,因此两侧的表面物质似乎有很大的不同,研究人员最近在该撞击坑中找到了几处原始的钍矿床,期望成为未来探月任务中需要拜访的重要地点,该研究被发表在《地球物理研究期刊:行星》。(编译/台北天文馆研究组技佐许晋翊)

资料来源:Science Alert

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  最近有一组中国与意大利、冰岛等研究人员所组成的团队,尝试以机器学习的演算法自动辨识并记录月球上超过了十万个陨石坑的位置,是原数据的十倍以上。在发表于《自然-通讯》期刊中的论文上,研究团队描述了演算法的架构,及如何利用中国发射的月球轨道卫星收集数据,用来训练电脑辨识陨石坑。

  过去在月球上绘制陨石坑的地图是一个旷日废时的过程,通常都是由是科学家一个一个纪录,并把卫星影像中的陨石坑等观测结果转移到月球的地图上。而该团队利用人工智能的方法,以机器视觉来辨识陨石坑,将大幅增加计数的效率。

  月球陨石坑可能存在多种形式,因此教电脑识别月球陨石坑并不容易。陨石坑可能有部形状,年份也不同,定义好的特征可能也会随时间演化。但科学家还是想在月球上绘制所有陨石坑的地图,并为每个陨石坑标记年份,能提供一种方式来研究太阳系的历史。

  研究团队利用中国嫦娥一号和嫦娥二号的数据获取广阔的月球视野,该数据也用来分析嫦娥五号降落地点收集的资料。机器学习帮助辨识了月球中低纬度地区的陨石坑,这项全新的演算法共纪录了109,956个陨石坑,节省下来的人力成本可用于陨石坑的个别地质分析中。(编译/台北天文馆虞景翔)

参考资料:Chen Yang et al. Lunar impact crater identification and age estimation with Chang'E data by deep and transfer learning, Nature Communications (2020). DOI: 10.1038/s41467-020-20215-y

资料来源:Nature

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月球地质图的细节。

  这张月球地质图是由美国NASA、德州的月球行星研究所和隶属于美国地质调查局(USGS)的天体地质科学中心共同绘制的,可说是目前最详细的月球岩石组成图。

  这张地质图的比例尺为1 : 5,000,000,从六张阿波罗时代的地图以及最近的卫星图像收集的数据编制而成,并利用地理应用软件将各个部分拼凑成一个连贯的整体。科学家不仅结合了几个新旧的数据,还对岩石的名称、描述和年代进行标准化的动作。

  月球地质图的资讯包含:陨石坑、山峰、裂缝、山嵴、断层,和其他不规则位置。在登月任务中收集的岩石样本也有助于对月球的研究。未来,专家还将计划制作更详细的地质图。

  月球确实有地壳、地函和地核,但是它没有像地球一样拥有构造板块。若能绘制出其45亿年的历史图——如何形成的、如何演变以及相撞的所有过程,将是进一步了解月球地质的一种方式。

  美国NASA目前正计划在2024年将人类再次送上月球,毫无疑问,将会参考这张新地图。(编译/台北天文馆吴典谚)

月球地质图论文资料链接:
https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2020/pdf/2760.pdf

资料来源:Science Alert

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