水星壳层内的挥发分对撞击挖掘过程中溅射角度的影响: 基于二次撞击坑的形态与分布特征研究

Secondary craters (secondaries) on continuous secondaries facies of some fresh complex impact craters and basins on Mercury have different morphological and distributional characteristics compared with typical lunar and mercurian secondaries, which have more regular shapes (usually more circular) and are less clustered in distribution. Such impact craters and basins usually form in low-reflectance material on Mercury, which has a higher abundance of volatiles compared with the global average. However, it is still not sure whether or not crustal volatiles on Mercury had affected the impact excavation process causing larger ejection angles. Here this proposal aims to study the effect of crustal volatiles on Mercury on impact ejection angles based on the morphological and distributional characteristics of secondaries. First, the global distribution of impact craters and basins that have more circular and less clustered secondaries on continuous secondaries facies will be collected. Using newly released global multiband mosaics of Mercury, the global distributional map of low-reflectance material on Mercury would be mapped. GIS spatial distribution analysis would be performed to verify whether or not all these craters and basins are associated with low-reflectance material, which would be meaningful to indicate whether or not crustal volatiles on Mercury had affected impact excavation process and impact ejection angles.

在水星表面，有些复杂撞击坑和撞击盆地的连续二次撞击坑(简称二次坑)与典型的二次坑不同，具有相对圆形的形态和相对离散的分布特征。此类撞击坑和撞击盆地一般形成于挥发分含量相对较高的低反照率物质中，意味着水星低反照率物质可能影响了撞击挖掘过程，可能是造成上述特殊形态的二次坑的原因。然而，水星壳层内的挥发分是否直接影响了撞击挖掘过程，并形成了较大的溅射角度，该问题依然有待于进一步解决。本课题拟通过二次坑的形态与分布特征研究水星壳层内的挥发分对撞击溅射角度的影响。首先，课题组研究水星表面具有相对圆形和离散分布的连续二次坑的撞击坑和撞击盆地的分布范围；然后，利用“信使号”探测器最新获取的全球多波段影像数据，绘制水星表面低反照率的物质单元分布；最后，通过GIS空间分析方法判定是否所有此类撞击坑和撞击盆地均无一例外地位于低反照率物质中，进而探讨壳层挥发分对撞击溅射角度的影响。

天体表面复杂撞击坑的典型二次坑具有不规则的形态，成串或成簇产出。在水星上，很多复杂撞击坑的二次坑具有较圆的形态和相对离散的空间分布，造成这种二次坑的特殊形态和空间分布的原因不详。可能是水星壳层内不均匀分布的挥发分影响了撞击挖掘过程，形成较大的溅射角度(Xiao et al., 2014)。本课题通过比较行星学研究方法，研究水星表面具有圆形和相对离散分布的二次坑的撞击坑，研究其空间分布及其与各类地质单元之间的对应关系，判定造成此类二次坑的原因，最终发现水星壳层内较低含量的挥发分不是形成此类特殊二次坑的主要原因。在本项目的支持下，开展了以下研究，并取得了如下认识：(1)通过研究月球表面所有年轻复杂撞击坑的二次坑分布，发现月球全球仅有三个此类撞击坑，并提出靶体高温可能形成了较大的溅射角度(Zhou et al., 2015)，这是首次在月球上识别此类撞击坑；(2)研究水星表面Hokusai撞击坑的各种二次坑坑群，并证实自二次坑坑群的存在，结合撞击机理研究，提出撞击过程的早期阶段，散裂造成了近似垂直的溅射作用，是形成自二次坑坑群的机制，并证明天体表面的复杂撞击坑形成时均产生了自二次坑(Xiao et al., 2016)，该研究是国际上首次证明自二次坑坑群存在的工作，对撞击坑统计定年工作具有极大的修正意义，目前后续的工作正在持续展开；(3)通过研究水星Hokusai和其他撞击坑的连续二次坑和非连续二次坑，分析其形貌特征和空间分布的离散度，统计典型二次坑串中二次坑的大小-频率分布，提出了二次坑串在形成过程中的相互毁灭作用产生的近似于均衡的效应的，并提出根据观测到的二次坑很难直接恢复溅射过程中碎片的速度-大小分布(Xiao, 2016)，该研究中注意到即使是以相同的溅射方向发生溅射，二次坑的形貌和空间离散度也不尽相同，表明靶体中的结构不均一性极大的影响了撞击溅射过程。另外，在本项目的支持下通过研究月球哥白尼撞击坑连续溅射毯上的年轻挤压和伸展构造行迹的应力来源，否定了月球表面发生年轻的火山活动的必须性，并提出晚期全球收缩是其应力来源(Xiao et al., 2017)；持续开展地球撞击坑探寻工作(Xu et al., 2017)。