國際科學期刊《科學進展》（Science Advances）於北京時間2月27日在線發表了我國嫦娥四號任務最新研究成果。嫦娥四號地面系統科研團隊利用月球車上搭載的測月雷達獲取的就位探測數據，
首次揭示了月球背面著陸區域地下40米深度內的地質分層結構，發現地下物質由低損耗的月壤物質和大小不同的大量石塊組成，並闡述了其作用與演化機制。該項研究成果深化了對月球撞擊和火山活動歷史的理解，併為月球背面的地質演化研究帶來新的啟示。
▲研究論文在《Science Advances》期刊在線發表。
2019年1月3日，嫦娥四號探測器在月球背面最古老且最大的南極–艾特肯（South Pole–Aitken）盆地內的馮·卡門（Von Kármán）撞擊坑底部成功著陸。已有的研究結果表明，馮·卡門撞擊坑形成於前酒海紀，中心位置為44.45°S, 176.3°E，直徑約為186千米。坑內地形相對平坦，坑底被玄武岩填充，玄武岩表面相當一部分區域被周邊大型撞擊坑的濺射物所覆蓋，並廣泛分佈著二次撞擊坑，如圖2所示。但人類尚不清楚月表尤其是月球背面的地下結構是什麼樣的、由什麼物質組成。
▲黃色線條和箭頭：典型的濺射物覆蓋區域，綠色箭頭：典型的二次撞擊坑分佈區域。
論文第一作者李春來研究員指出：“和嫦娥三號相比，嫦娥四號測月雷達高頻通道的穿透深度是嫦娥三號的三倍多。”
▲（a）測月雷達隨月球車行走探測月表地下淺層結構示意圖（b）測月雷達高頻通道（500MHz）經過背景去除、增益調整和偏移處理後的雷達圖像。
2019年1月4日9點29分35秒，嫦娥四號測月雷達開機工作，本研究成果基於測月雷達在第一和第二兩個月晝獲取的500 MHz高頻通道探測數據開展，期間“玉兔二號”月球車共行走106米。
▲(a)嫦娥四號著陸區影像圖 (b)玉兔二號月球車第一和第二月晝行進路線圖
嫦娥四號科研團隊對月球淺層物質特性參數進行了計算分析，包括電磁波在月表下物質中的傳播速度、介電常數、密度、損耗角正切和鈦鐵含量等。沿著月球車行走的路徑，根據獲得的物性參數和雷達圖像，在深度40米的範圍內，識別出了三個不同次表層地層單元。
▲測月雷達高頻通道（500MHz）基於層析反演方法重建的雷達圖像
▲嫦娥四號著陸區地下分層結構示意圖
第一單元：從月球表面到地下12米，該地層為細粒月壤、內嵌有少量石塊，是由多個撞擊坑互疊的濺射物風化而成。
第二單元：從地下12米到24米，該層是雷達圖像上回波強度最大的區域，表明內部存在大量的石塊，甚至形成了碎石層和碎石堆，夾雜在細粒月壤之中。
第三單元：從地下24米到40米，該層雷達回波明暗交替變化，為不同時期、更古老的濺射物的沉積和風化產物。
深度40米以下雷達回波信號微弱，已無法推斷其物質特性。
李春來研究員解釋說:“第一單元地層的濺射物可能主要來自周邊的芬森和馮·卡門撞擊坑等；第二單元地層物質顯現出其濺射物的沉積不僅僅是地毯式的鋪散，也會伴隨著物質之間的剪切、混合、挖掘以及二次撞擊的擾動等複雜的地質過程。結合區域地質歷史，推測在嫦娥四號著陸點附近，完整的月海玄武岩覆蓋達到月表以下大於40米的深度。”
通過嫦娥四號測月雷達的就位探測數據，科研團隊獲得了月球背面地下淺層的第一張雷達圖像、月表下物質的特性參數，以及濺射物內部地層序列，首次揭開了月球背面地下結構的神秘面紗。
“玉兔二號”月球車已完成了第十四個月晝的科學探測工作，目前正在開展第十五個月晝的科學探測，累計行走了385.537米。
來源 | 中國探月工程（ID：casaclep）、中科院國家天文臺
