水星表面的暗斑成因研究

Dark spots on Mercury are a newly found geological unit, but their formation mechanism is still unknown. Dark spots have recorded important information about the origin and evolution of Mercury. Dark spots are small surface units that have the lowest reflectance on Mercury, and the reflectance spectra exhibit a shallow absorption feature at the 500–600 nm wavelengths. Most of the observed dark spots are located on areas that have relatively low reflectance compared with the global average. Some dark spots are extremely young, and each dark spot has an associated bright-haloed hollows. However, due to limited data coverage and resolution in previous studies, the formation mechanism of dark spots is still unknown. This proposal is determined to use the high-resolution image, reflectance spectra, and altimeter data to study the global distribution pattern, detailed morphology, geometry, reflectance spectra, age and geological background of dark spots. Using high-precision pixel registration technique, possible changes of dark spots will be studied; phase ratio analyses will be performed to study the relative particle sizes of dark spots and other mercurian clasts. Combined with the spatial relationship of dark spots and other geological units (such as bright-haloed hollows) on Mercury, the final target of this proposal is to study the formation mechanism of Mercury. This study will provide new perspective for studying possible causes for the low reflectance on Mercury and the activity of volatiles in the shallow crust of Mercury.

水星表面的暗斑是最近探测新发现的地质单元，记录了水星演化历史中尚未被认知的重要地质过程，对于认识水星的形成和演化具有重要意义。暗斑是水星表面反照率最低的地质单元；已发现的暗斑大多非常年轻，每个暗斑都有与之共生的和壳层挥发分活动有关的白晕凹陷。受早期观测数据覆盖率和分辨率的限制，对暗斑的成因机制尚无定论。本项目拟使用信使号获取的高分辨率影像、反照率光谱和激光高程数据，(1)搜索并建立水星暗斑的全球数据库, (2)综合分析暗斑的形貌、反照率光谱、年龄和区域地质特征，(3)使用象元匹配技术分析暗斑在4年内发生变化的可能性, (4)使用相比率分析技术对比暗斑与水星表面其他碎屑物质的相对粒径信息, (5)结合暗斑与白晕凹陷和其他地质单元的空间对应关系；最终揭示暗斑的可能成因机制。暗斑的成因机制为研究水星浅表层挥发分活动的规律提供新的证据，为研究水星表面的暗色物质提供新的视角。

水星是太阳系类地天体中反照率最低、地球化学环境最还原、表面C和S含量最高、整体Fe含量最高的天体。由于含铁矿物是类低天体表面最常见和主要的暗色物质，而水星表面的Fe含量极低，因此，了解水星上暗色物质的种类是探究水星起源物质和后期演化的关键。暗斑是水星表面反照率最低的光谱单元，形成于浅表层挥发份活动。但是，造成暗斑低反照率的原因及其时空演化关系依然不详。.本项目的研究目标是理清水星暗斑的成因机制和暗色物质的种类，主要研究内容包括暗斑和其他反照率单元的综合地质研究、成分的对比；水星浅表层挥发份的可能运移机制；可能的水星暗色相的综合评判。.利用NASA MESSENGER水星探测任务获取的多源遥感数据（形貌、成分、光谱、内部结构），本课题的重要研究成果总结如下：（1）使用撞击坑统计方法估算了白晕凹陷的形成年龄；得到白晕凹陷的年龄上限是10万年，证明暗斑极年轻，是水星表面近期的挥发份活动形成的地质单元；（2）首次在水星上证实发现存在暗色的火成碎屑沉积物，揭示了水星表面暗色物质的不均匀性。.本项目达到的预期的研究目标，并计划进一步申请水星暗色物质研究的经费以持续资助，以期在比较行星学领域取得更多原创型发现。.基于本项目的研究认识，申请人已针对不同年龄和知识背景的人群开展多次科普宣传活动，取得了较好的社会反响。行星科学的科普宣传将是申请人回馈社会的关键义务。.在本项目的资助下，共发表SCI论文32篇，EI论文4篇，中文核心期刊论文2篇。完成培养3名博士后、3名博士研究生和3名硕士研究生；新增博士后2人，博士研究生3人，硕士研究生4人。