近地天体的高速撞击作用不仅在月球表面形成了无数的环形撞击坑（图1a），还在月球表面形成一层细粒级的月壤。月壤厚度记录了近地天体的大小和频率信息，对月壤厚度研究可以反演近地天体随时间的演化，从而有助于揭示太阳系的动力学演化过程。我司谢明刚博士与中山大学、澳门科技大学以及北京大学的学者合作完成题为“Change in the Earth–Moon impactor population at about 3.5 billion years ago”的研究成果，已经在国际顶级期刊《自然》子刊《自然•天文》（Nature Astronomy）在线发表（https://www.nature.com/articles/s41550-020-01241-8；在线全文：https://rdcu.be/b9924）。

在太阳系演化早期，木星强大的引力将其轨道四周清空，这个清空作用会让木星逐步向内太阳系迁移（靠近太阳）。在迁移过程中，木星的引力作用将大量撞击体（残余星子、小行星和彗星）传送并撞击到内太阳系的天体上，形成了今天看到的很多古老撞击坑。对于巨行星迁移的开始时间仍存在争议：可能发生在45亿年前（早期迁移），也可能发生在41亿年前（晚期迁移）。除此之外，理论预测表明内太阳系天体应该记录了以上两个不同历史时期的近地小天体类型，但该猜测一直缺乏强有力的观测证据。

此研究通过遥感观测不同年龄地质单元（图1a）上月壤的厚度来研究月壤在过去40亿年间的厚度演化，观测发现，在35亿年以前，单位撞击通量的月壤形成速率比之后的慢很多（图1b）。结合月壤生成模型和观测结果发现：35亿年前，月球上的撞击体的大小-频率分布由缓(-2.57)变陡(-3.24)，而相比标定的大撞击坑的密度，更小的斜率意味着更多的小撞击体和更快的月壤生成速率。此研究成果佐证早期巨行星迁移模型，也与35亿年以来近地小天体的轨道动力学特点相吻合，此研究为揭示太阳系天体的动力学演化提供了观测证据。

图为 （a）月球上的月壤厚度观测点，（b）测定的月壤厚度与撞击坑密度和时间的关系

图为 论文发表原文

谢明刚博士