近地天體的高速撞擊作用不僅在月球表面形成了無數的環形撞擊坑（圖1a），還在月球表面形成一層細粒級的月壤。月壤厚度記錄了近地天體的大小和頻率信息，對月壤厚度研究可以反演近地天體随時間的演化，從而有助于揭示太陽系的動力學演化過程。我院謝明剛博士與中山大學、澳門科技大學以及北京大學的學者合作完成題為“Change in the Earth–Moon impactor population at about 3.5 billion years ago”的研究成果，已經在國際頂級期刊《自然》子刊《自然•天文》（Nature Astronomy）在線發表（https://www.nature.com/articles/s41550-020-01241-8；在線全文：https://rdcu.be/b9924）。

在太陽系演化早期，木星強大的引力将其軌道四周清空，這個清空作用會讓木星逐步向内太陽系遷移（靠近太陽）。在遷移過程中，木星的引力作用将大量撞擊體（殘餘星子、小行星和彗星）傳送并撞擊到内太陽系的天體上，形成了今天看到的很多古老撞擊坑。對于巨行星遷移的開始時間仍存在争議：可能發生在45億年前（早期遷移），也可能發生在41億年前（晚期遷移）。除此之外，理論預測表明内太陽系天體應該記錄了以上兩個不同曆史時期的近地小天體類型，但該猜測一直缺乏強有力的觀測證據。

此研究通過遙感觀測不同年齡地質單元（圖1a）上月壤的厚度來研究月壤在過去40億年間的厚度演化，觀測發現，在35億年以前，單位撞擊通量的月壤形成速率比之後的慢很多（圖1b）。結合月壤生成模型和觀測結果發現：35億年前，月球上的撞擊體的大小-頻率分布由緩(-2.57)變陡(-3.24)，而相比标定的大撞擊坑的密度，更小的斜率意味着更多的小撞擊體和更快的月壤生成速率。此研究成果佐證早期巨行星遷移模型，也與35億年以來近地小天體的軌道動力學特點相吻合，此研究為揭示太陽系天體的動力學演化提供了觀測證據。

圖為 （a）月球上的月壤厚度觀測點，（b）測定的月壤厚度與撞擊坑密度和時間的關系

圖為 論文發表原文

謝明剛博士