E型和M型小行星代表了形成于靠近太阳位置处、且最还原的天体，有望揭开太阳系形成1000万年内，内太阳系的重要演化历史。目前，我国研究人员已提出对E型小行星1989ML实施采样返回的任务方案，同时国际上也即将对M型小行星16Psyche实施探测任务。此外，M型小行星是重要的太空金属资源利用的候选目标，也是小行星防御计划的重点关注目标。基于重要的科学意义、工程意义、经济价值、以及我国未来小行星探测任务的现实需求，近日，由中国科学院地球化学研究所月球与行星科学研究中心李阳副研究员牵头，通过与国内外多家科研单位合作，利用“光谱-雷达-密度”等多手段结合方法，完成了“揭示E型、M型小行星物质成分”的研究工作。
研究人员首先在实验室对8块不同金属含量的陨石，包括顽辉石无球粒陨石、EH顽辉石球粒陨石、EL顽辉石球粒陨石、铁陨石，进行了详细的反射光谱测量及比较。研究发现，在相角、温度、表面粗糙度一致的条件下，顽辉石无球粒陨石的近红外斜率最低且为负值；EL顽辉石球粒陨石的近红外斜率稍高，为微弱的正值；EH顽辉石球粒陨石的近红外斜率更高；而铁陨石具有最高的近红外斜率，为强烈的正值（如图1）。结合成分数据，分析表明，近红外斜率与金属含量成正相关，而与顽辉石含量成负相关。进一步定量分析显示，采用“0.55微米处的反射率”与“1.1-1.4微米通道内的斜率”投图，能较好地区分不同金属含量的陨石（如图2）。
进一步对13颗E型小行星（顽辉石无球粒陨石的母体）和14颗M型小行星（顽辉石和铁陨石的母体）的反射光谱研究发现，采用“几何反照率（Pv）”与“1.1-1.4微米通道内的斜率（SS5）”投图，能够较好地区分E型小行星和M型小行星（如图3）。部分M型小行星（21Lutetia、97Klotho、201Penelope、347Pariana）具有低的SS5值，且与E型小行星的SS5的范围重合，暗示表面为低铁的EL陨石成分；小行星22Kalliope、110Lydia、224Oceana、325Heidelberga、441Bathilde、872Holda具有稍高的SS5，可能暗示表面为富铁的EH陨石成分；小行星16Psyche具有最高的SS5，可能表面为铁陨石成分。此外，M型小行星的雷达反照率可分为>0.3和<0.3两群，高雷达反照率的5颗小行星（16Psyche、110Lydia、201Penelope、216Kleopatra、347Parina）可能具有富金属的次表层，对应铁陨石或EH陨石成分；低雷达反照率的次表层可能由EL陨石成分控制。6颗M小行星具有密度数据，其中16Psyche、97Klotho、135Hertha的密度超出了顽辉石球粒陨石密度的上限（3.78 g cm-3）且低于铁陨石的密度下限（6.4 g cm-3），暗示这三颗小行星由金属碎块堆积而成。另外，通过对铁陨石进行激光辐照实验，该研究首次讨论了金属小行星的太空风化作用，发现粗糙度的变化可能是控制金属小行星太空风化光谱效应的主要机制。
该研究目前已正式发表于国际天文学著名期刊Astronomy & Astrophysics（NI期刊）。研究内容将为我国后续的小行星采样返回任务、小行星太空金属资源利用，及小行星防御任务提供有力支持。
图1不同类型陨石的反射光谱曲线
图2 不同类型陨石的“0.55微米处的反射率（R0.55）”与“1.1-1.4微米通道内的斜率（S5）”投图
图3 E型和M型小行星的“几何反照率（Pv）”与“1.1-1.4微米通道内的斜率（SS5）”投图
论文信息：Pnegfei Zhang, Yang Li*, Jiang Zhang et al., (2023) Compositional indication of E- and M-type asteroids by VIS-NIR reflectance spectra of meteorites. Astronomy & Astrophysics.
论文链接：https://doi.org/10.1051/0004-6361/202245207
（张鹏飞/供稿）