太空风化作用是小行星表面广泛发育的一种重要作用,对小行星遥感探测具有着重要影响,主要表现为引起光谱反射率、吸收峰深度以及连续统斜率的变化,极大程度上影响了遥感光谱数据的准确解译。碳质小行星是最为原始的一类小行星,富含挥发分和有机质,保存了太阳星云形成初期物质的原始信息,并有可能是地球水与生命的重要潜在来源,目前已经成为深空探测的重要目标。 然而,太空风化对碳质小行星表面物质的改造作用却与已知的月球、水星以及S型小行星等无大气行星体模式存在很大的不同,具体表现为:部分碳质小行星风化后光谱反射率升高以及连续统斜率降低。通过对其他因素的排除后发现,碳质小行星较高的挥发分含量很可能起着决定性的作用,即较高的挥发分含量极有可能抑制了太空风化作用过程中单质金属铁的形成,结合有机质在微陨石轰击过程中的产物,综合引起了碳质小行星太空风化光谱特征的出现。 因此,本论文选取富含挥发分的CM2型碳质球粒陨石Murchison作为研究对象,利用扫描电镜和透射电镜对陨石样品中水蚀变矿物种类、特征蚀变矿物(草莓状磁铁矿)形成机制进行深入研究,并结合Murchison陨石中挥发分含量、含水矿物种类以及挥发分的赋存状态,从源头上获取其母体小行星水环境的演变过程。在此基础上,结合开展脉冲激光轰击模拟实验,探讨挥发分含量对太空风化作用过程中纳米金属铁形成的影响,以及对碳质小行星遥感光谱改造的综合效应。 研究发现,Murchison陨石中的草莓状磁铁矿具有交代假象特征,表明Murchison陨石母体曾发育低温的水热蚀变,随着流体由酸性转变为碱性以及溶解氧的逐渐形成,早期形成的草莓状黄铁矿被交代形成草莓状磁铁矿。通过对碳质小行星起源的分析发现,Murchison陨石的原始母体小行星形成于早期巨行星区域,富含有水冰物质,受26Al等短周期放射性同位素衰变生热影响,水冰物质融化造成了早期的含水蚀变过程,木星轨道和引力作用的改变,导致原始的碳质小行星被抛射进小行星主带,导致其不同的后期演化过程。Murchison陨石不同区域的脉冲激光模拟实验表明,挥发分的含量与太空风化过程中单质金属铁的形成密切相关,过多的挥发分含量会抑制单质金属铁的产生,从而造成部分碳质小行星在可见光波段反射率升高和近红外斜率降低。 研究结果为了解碳质小行星含水蚀变作用过程、碳质小行星的起源与演化、近地小行星探测任务备选目标的确定、光谱遥感数据的解译以及表面物质演化过程的反演提供一定的参考和支撑。