红外光谱技术使橄榄石成为焦点

罗德岛州普罗旺斯，2020年11月10日-布朗大学的行星科学家引入了一种红外光谱方法来研究橄榄石，橄榄石是一种矿物，可以帮助人们深入了解月球、火星和其他行星体的形成。科学家们将这项技术应用于可见近红外光谱(0.5 ~ 3μm)和中红外光谱(8 ~ 15μm)之间的光谱范围，俗称“交叉光谱学”。 研究人员着重研究了4 ~ 8μm范围内的橄榄石，更具体地说，研究了5.6 ~ 6.0μm的橄榄石光谱特征。

位于月球哥白尼陨石坑中心的一座山峰富含橄榄石，这是一种可以帮助科学家了解行星体内部演化的矿物。由NASA/GSFC/亚利桑那州立大学提供。

“在光学意义上，‘交叉’区域被定义为硅酸盐矿物在光子体散射和表面散射之间的过渡，”克里斯托弗·克雷默告诉光子媒体。Kremer是布朗大学的博士候选人，也是描述该研究的论文的主要作者。

目前的遥感方法能够从轨道上观测到橄榄石，尽管它们无法提供关于这种矿物化学成分细微差别的更详细信息。所有橄榄石矿床都含有硅和氧，尽管有些还富含铁。其他一些含有镁。

克雷默说，在过去几十年里，近红外和中红外光谱学引起了人们的兴趣。不过，他说，在这两个区间之间，有一个很小的区间被忽略了。通过应用交叉光谱技术来观察这个范围，研究人员成功地预测出橄榄石样品中铁和/或镁的含量在实际含量的10%以内。预测的准确性比以前的方法有了显著的提高。

研究人员通过评估由位于布朗的Keck / NASA反射实验实验室（RELAB）检查的橄榄石样品来测试他们的方法。这些样品的化学组成可以比较。通过其他技术，这些样品的化学成分先前已经高精度确定。

“有了我们现在拥有的工具，我们可以说，我们有一点或多了一点，但有了这个工具，我们就能够在上面加一个数字，这是一大步。”布朗大学地球环境和行星科学教授杰克·穆斯塔德（Jack Mustard）说。

克雷默说，这项研究是确定橄榄石化学成分的一种相当简单可靠的方法，它能够为行星的演化提供深入的见解。他说，橄榄石晶体结构中铁和镁的相对含量可以提供有关橄榄石形成的岩浆的信息，包括其温度。

克雷默说：“这在月球上是一个特别重要的问题，它被用来作为一个模型系统，用来思考其他行星体可能是如何进化的。”

研究人员希望，他们的工作将为建造和发射分光计提供动力，以捕捉那些以前被忽视的波长，并提供更多关于月球上橄榄石沉积物性质的信息，以及在未来，太阳系和太阳系以外的其他行星上橄榄石沉积物的信息。

克雷默说：“在阿波罗计划期间带回的橄榄石样品，我们已经在地球上进行了研究，其镁成分差异很大。” “但是我们不知道那些不同的成分如何在月球本身上分布，因为我们无法从光谱上看到这些成分。如果我们能弄清楚这些沉积物的分布方式，就可以告诉我们有关月球早期演化的一些信息。”

该研究发表在《地球物理评论快报》（www.doi.org/10.1029/2020GL089151）上。