中子与X射线断层扫描揭示火星陨石“黑美人”富氢区域

由丹麦、瑞典和瑞士研究人员组成的国际团队近日利用中子断层扫描和X射线断层扫描，对火星陨石NWA 7034“黑美人”的一块切片进行了三维无损分析，并在其内部发现宏观富氢区域。研究认为，这些富氢特征为火星早期水—岩石相互作用提供了证据。相关成果已发表在《地球物理研究快报》上。

“黑美人”是一块来自火星的角砾岩陨石，曾因撞击事件被抛入太空，最终落入摩洛哥撒哈拉沙漠。该陨石重约320克，所含物质年龄可达44.8亿年，是目前已知最古老的火星地壳碎片之一。此前研究已显示，这块陨石富含水分或与水有关的微量痕迹，但这些研究多局限于整体含水量估算或局部微米级矿物观察，难以呈现水合矿物在样本内部的空间分布。

此次研究中，一块尺寸为12×8×2毫米的“黑美人”切片被送至瑞士进行检测。研究人员在瑞士散裂中子源SINQ上开展中子断层扫描，并结合X射线断层扫描重建样本内部结构。X射线更适合显示硅、铁等较重元素分布，而中子对氢元素尤为敏感。两种技术互补，使研究团队不仅能观察陨石内部致密岩石结构，还能识别其中含氢物质所在位置。

研究发现，陨石中的水合痕迹并非均匀分散，而是以高浓度、肉眼可辨的“热点”形式存在，且主要位于较古老的岩石碎片中。这些富氢区域约占所检测样本总含水量的11%。研究人员认为，这表明火星早期曾存在水，并可能在火山活动或撞击事件等高能地质过程中与年轻地壳发生反应，随后以水合矿物形式保存下来。

研究团队表示，此次工作首次实现了对火星岩石中氢元素的三维无损测绘。尽管本次样本尺寸较小，但同类方法未来可用于更大样本分析，并有望在火星或其他天体岩石样本返回地球后发挥作用。瑞士相关研究设施可提供中子断层扫描和高分辨率X射线断层扫描，为此类行星样本研究提供技术支撑。