中科院首发嫦娥四号科研成果，系全球首份月球背面地下浅层结构研究

嫦娥四号在月球着陆的图像

钛媒体快讯｜2月27日消息：中国科学院国家天文台副台长李春来，研究员苏彦、邢树果等人，利用嫦娥四号（CE-4）玉兔二号月球车 （Yutu-2）上搭载的测月雷达回传图像，首次揭示了月球背面着陆区域地下 40 米深度内的地质分层结构，为人类揭开月球背面地下结构的神秘面纱。据悉，该研究成果于今天发表在世界权威期刊《Science Advances》（科学进展）上。

这是全球首份月球背面地下浅层研究，该研究成果对于了解撞击过程对月表的改造、火山活动规模与历史等具有非常重要的意义。极大地提高了我们对月球撞击和火山活动历史的理解，并为月球背面的地质演化研究带来新的启示。

嫦娥四号飞船于2018年12月8日乘坐长征三号乙运载火箭离开地球，12月12日进入环月轨道，并于12月30日进入月球背面着陆准备轨道，在太空度过了新年。

2019年1月3日，经历了27天太空之旅的嫦娥四号，在月球背面最古老且最大的南极–艾特肯（South Pole–Aitken）盆地内的冯·卡门（Von Kármán）撞击坑底部成功着陆，并通过“鹊桥号”中继星传回了世界第一张近距离拍摄的月背影像图。

据了解，冯·卡门撞击坑形成于前酒海纪，中心位置为44.45°S, 176.3°E，直径约为186千米（1553英里）。坑内地形相对平坦，坑底被玄武岩填充，玄武岩表面相当一部分区域被周边大型撞击坑的溅射物所覆盖，并广泛分布着二次撞击坑。

这次嫦娥四号承担的任务不仅仅是拍摄影像图片这么简单，还有地质勘测等。1月3日22时22分，玉兔二号月球车从嫦娥四号着陆器完成分离，成功踏上月面，嫦娥四号飞船立即部署了计划，使用携带穿透雷达（LPR）的玉兔二号月球车来调查月球表面地质情况。测月雷达好比是一台给月球做 CT 的设备，可以清晰的查看月背地质情况。

此前，嫦娥三号探测器曾搭载着陆器和月球车，在月球雨海西北部（“虹湾着陆区”）停留探测。但嫦娥四号着陆器的探测位置和深度与之前并不相同，和嫦娥三号相比，嫦娥四号测月雷达高频通道的穿透深度是嫦娥三号的三倍多。

“我们发现，CE-4 站点的信号穿透力远大于嫦娥三号在其近侧着陆点的信号穿透力。”该论文第一作者，国家天文台副台长李春来表示，“CE-4 着陆点的（月背）地下对无线电波响应更加灵敏，表明两个着陆点的地质背景完全不同。”

此研究成果是基于前两个月昼期间 500 MHz 的高频通道雷达所探测的数据。研究人员使用 LPR 将无线电信号发送到月球深处，通过 500MHz 的高频信道传达到 40 米的月背地质当中，并将详细数据回传到研究人员手里。

科研团队计算并分析了月球浅层物质的特性参数，包括电磁波在月表下物质中的传播速度、介电常数、密度、损耗角正切和钛铁含量等。根据获得的物性参数和雷达图像，沿着月球车行走的106米的路径，在深度40米的范围内，识别出了三个不同次表层地层单元：

第一单元为从月球表面到地下12米的细粒月壤，内嵌有少量石块，此月壤层形成于多个撞击坑互叠的溅射物之上，这些溅射物可能来自周边的芬森（Finsen）和 冯卡门 L撞击坑等。

第二单元从地下12米到24米，这是雷达图像上回波强度最大的区域，表明内部存在大量的石块，甚至形成了碎石层和碎石堆，说明溅射物的沉积不仅仅是地毯式的铺散，也会伴随着物质之间的剪切、混合、挖掘以及二次撞击坑结构扰动等复杂的地质过程。

第三单元从地下24米到40米，雷达回波明暗交替变化，是不同时期、更古老的溅射物的沉积和风化产物。深度40米以下雷达信号微弱，高频通道雷达信号已无法推断其物质特性。结合区域地质历史，推测在嫦娥四号着陆点附近，完整的月海玄武岩覆盖在月表以下大于40米的深度。

研究小组认为，这种分层是在银河系形成的初期创造出来的，当时空间并不那么宁静。可能是月亮不断受到撞击，迫使物质从其表面弹出，然后重新回到表面。这种活动可能会形成可见的分层，每次撞击都会导致岩石和土壤的分布不同。

李春来表示，这项科研成果表明，穿透雷达技术可以在月球探测中进行广泛使用，极大地增进我们对月球撞击和火山活动历史的了解，并且可以为理解月球远端的地质演化提供新的思路。

通过对月球神秘的另一面的新观察，科学家们在不断了解月球演化及其形成方式的更多信息。

据悉，玉兔二号月球车将继续对月球的远端进行调查，预计在今年年底，我国将发射嫦娥五号探月器，尝试将其送上月球，并将月球表层的细土壤样本带回地球，供科学家们长期进行研究，为人类登月计划再进一步。

论文地址：

http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.aay6898

参考来源：

https://www.eurekalert.org/emb_releases/2020-02/caos-dit022620.php

http://www.nao.cas.cn/xwzx/gdtpxw/202002/t20200226_5505291.html

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