中國科學家近日在嫦娥五号月壤中首次發現分子水,並揭示水分子和銨在月球上的真實存在形式。
科學家首次在嫦娥五號月壤發現「分子水」
據央視報道,中國科學家在嫦娥五號帶回的月球樣本中,發現了月球上一種富含水分子和銨的未知礦物晶體——ULM-1。
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報道指,月球上是否存在水,對於月球演化研究和資源開發至關重要。1969年至1972年採集的阿波羅樣品研究表明,月壤中未發現任何含水礦物。此後,月球不含水成為月球科學的基本假設,這對認識月球火山演化、月地起源等問題產生了重要影響。
及至2009年,月船一號搭載的月球礦物繪圖光譜儀發現,月球表面存在太陽風導致的羥基和/或水分子信號。同年,月球觀測和傳感衛星以2.5公里/秒的速度撞擊了月球永久陰影區,而對撞擊塵埃的遙感測量顯示了水的信號。
嫦娥五號採集月壤是迄今為止緯度最高的月球樣品
近年來,遙感數據表明月球光照區有水分子存在的迹象,但沒有水分子存在的確鑿證據。嫦娥五號採集的月壤樣品屬於最年輕的玄武岩,是迄今為止緯度最高的月球樣品,為月球水的研究提供了新機遇。中國科研人員開展的這項研究基於單晶衍射和化學分析發現,這些月球水和銨以一種成分為(NH4,K,Cs,Rb)MgCl3·6H2O的水合礦物形式出現。
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為月球上水和氨的來源提供新線索
該礦物分子式中含有多達六個結晶水,水分子在樣品中的質量比高達41%。紅外光譜和拉曼光譜上均可以清晰地觀察到源於水分子和銨的特徵振動峰。晶體的電荷密度可以清晰地看到水分子中的氫。ULM-1的晶體結構和組成與地球上近年來發現的一種稀有火山口礦物相似。地球上,該礦物是由熱玄武岩與富含水和氨的火山氣體相互作用形成。這為月球上的水和氨的來源提供了新線索。
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水合礦物揭示月球上水分子可能存在水合鹽形式
而為了確保這一發現的準確性,該研究進行了嚴格的化學和氯同位素分析。水合礦物的發現揭示了月球上水分子可能存在的一種形式——水合鹽。與易揮發的水冰不同,這種水合物在月球高維度地區(嫦娥五號採樣點)非常穩定。這意味,即使在廣闊的月球陽光照射區,也可能存在這種穩定的水合鹽。這為未來月球資源的開發和利用提供了新的可能性。
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美國加州理工學院(Caltech)的天文研究團隊利用最新的X射線觀測技術,首次成功描繪出黑洞的「日冕」真實形態,徹底改變了科學界對黑洞結構的認知。
黑洞日冕通常被其他物質遮蔽難以觀測
類似於觀賞日全食時看到的環繞月球邊緣的耀眼光環(太陽日冕),黑洞周圍也存在著稱為「黑洞日冕」的高溫區域。儘管太陽日冕在地球上看來稀薄得近乎真空,但其溫度卻高達數百萬度,使其在日全食時清晰可見。
然而,由於黑洞日冕通常被其他物質遮蔽,再加上其光度經常被吸積盤的強光所掩蓋,科學家過去難以直接觀測這一神秘區域。
根據現有理論,活躍黑洞的結構主要包括三個部分:環繞黑洞的環狀氣體和塵埃、沿著黑洞旋轉平面的吸積盤,以及從極區噴發出的高速粒子噴流。這種結構有助於解釋為何不同觀測角度下的活躍星系核(AGN)呈現不同外觀。在這個模型中,吸積盤的內部應該存在一個極度稀薄但溫度高達幾十億度攝氏的超高溫區域,這就是科學家長期尋找的黑洞日冕。
採用類似觀測太陽日冕的巧妙方法
科學新聞網站《Science Alert》報導,研究團隊採用了類似觀測太陽日冕的巧妙方法。他們利用NASA的X射線偏振探測器(IXPE),觀測了多個被遮蔽的黑洞,包括銀河系中的天鵝座X-1和X-3,以及大麥哲倫星雲中的LMC X-1和X-3。這些「遮蔽黑洞」的特點在於周圍的氣體和塵埃會阻擋人們直接觀測吸積盤,就像日全食時月球遮蔽太陽一樣。
呈現與吸積盤相似的盤狀結構
儘管無法直接觀測黑洞日冕,科學家發現,由於日冕溫度極高,會釋放高能量的X射線。這些X射線在與周圍物質相互作用後發生散射,部分散射光最終進入觀測設備。通過分析這些散射X射線的偏振特性,研究團隊意外地發現黑洞日冕並非像太陽日冕那樣呈球狀,而是呈現與吸積盤相似的盤狀結構。
有助於更全面地探究宇宙演化過程
這一重大發現有助於科學家完善黑洞理論模型,進一步理解黑洞如何吞噬物質,以及遙遠星系中活躍星系核的運作機制。通過深入研究黑洞日冕,天文學家將能更全面地探究宇宙演化過程,以及黑洞在宇宙結構和能量運作中的關鍵作用。研究團隊表示,未來將繼續利用更先進的觀測設備,深入研究黑洞日冕的物理特性,期待揭開更多宇宙運作的奧秘。
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