嫦娥四號(hào)著陸區(qū)地下分層結(jié)構(gòu)

北京時(shí)間2月27日消息，中國科學(xué)院國家天文臺(tái)李春來、蘇彥研究員領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)在我國月球深空探測(cè)領(lǐng)域取得重大發(fā)現(xiàn)。該團(tuán)隊(duì)利用嫦娥四號(hào)玉兔二號(hào)月球車上搭載的測(cè)月雷達(dá)，首次揭示了月球背面著陸區(qū)域地下40米深度內(nèi)的地質(zhì)分層結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)地下物質(zhì)由低損耗的月壤物質(zhì)和大小不同的大量石塊組成。這一研究成果對(duì)于了解撞擊過程對(duì)月表的改造、火山活動(dòng)規(guī)模與歷史等具有非常重要的意義。

北京時(shí)間19年1月3日，嫦娥四號(hào)探測(cè)器在月球背面最古老且最大的南極–艾特肯(South Pole–Aitken)盆地內(nèi)的馮卡門(Von Kármán)撞擊坑底部成功著陸。馮卡門撞擊坑形成于前酒海紀(jì)，中心位置為44.45°S， 176.3°E，直徑約為186千米。坑內(nèi)地形相對(duì)平坦，坑底被玄武巖填充，玄武巖表面相當(dāng)一部分區(qū)域被周邊大型撞擊坑的濺射物所覆蓋，并廣泛分布著二次撞擊坑。

測(cè)月雷達(dá)好比是一臺(tái)給月球做CT的設(shè)備，它在19年1月4日早上9點(diǎn)29分35秒開始工作。此次由中國科學(xué)院國家天文臺(tái)領(lǐng)導(dǎo)的國內(nèi)外學(xué)者的研究成果，是基于前兩個(gè)月晝期間500 MHz的高頻通道雷達(dá)所探測(cè)的數(shù)據(jù)。和嫦娥三號(hào)相比，嫦娥四號(hào)測(cè)月雷達(dá)高頻通道的穿透深度是嫦娥三號(hào)的三倍多。研究團(tuán)隊(duì)計(jì)算分析了月球淺層物質(zhì)的特性參數(shù)，包括電磁波在月表下物質(zhì)中的傳播速度、介電常數(shù)、密度、損耗角正切和鈦鐵含量等。根據(jù)獲得的物性參數(shù)和雷達(dá)圖像，沿著月球車行走的106米的路徑，在深度40米的范圍內(nèi)，識(shí)別出了三個(gè)不同次表層地層單元。第一單元為從月球表面到地下12米的細(xì)粒月壤，內(nèi)嵌有少量石塊，此月壤層形成于多個(gè)撞擊坑互疊的濺射物之上，這些濺射物可能來自周邊的芬森(Finsen)和 馮卡門 L撞擊坑等。第二單元從地下12米到24米，這是雷達(dá)圖像上回波強(qiáng)度最大的區(qū)域，表明內(nèi)部存在大量的石塊，甚至形成了碎石層和碎石堆，說明濺射物的沉積不僅僅是地毯式的鋪散，也會(huì)伴隨著物質(zhì)之間的剪切、混合、挖掘以及二次撞擊坑結(jié)構(gòu)擾動(dòng)等復(fù)雜的地質(zhì)過程。第三單元從地下24米到40米，雷達(dá)回波明暗交替變化，是不同時(shí)期、更古老的濺射物的沉積和風(fēng)化產(chǎn)物。深度40米以下雷達(dá)信號(hào)微弱，高頻通道雷達(dá)信號(hào)已無法推斷其物質(zhì)特性。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)歷史，推測(cè)在嫦娥四號(hào)著陸點(diǎn)附近，完整的月海玄武巖覆蓋在月表以下大于40米的深度。

這項(xiàng)研究工作通過嫦娥四號(hào)測(cè)月雷達(dá)的直接就位測(cè)量，獲得了月球背面地下淺層的第一張雷達(dá)圖像、月表下物質(zhì)的特性參數(shù)，以及濺射物內(nèi)部地層序列。人類首次揭開了月球背面地下結(jié)構(gòu)的神秘面紗，極大地提高了我們對(duì)月球撞擊和火山活動(dòng)歷史的理解，并為月球背面的地質(zhì)演化研究帶來新的啟示。

國際科學(xué)期刊《科學(xué)•進(jìn)展》(Science Advances)于北京時(shí)間2月27日凌晨在線發(fā)表了該研究成果。