和“玉兔二號”一起“爬山”的雷達發(fā)回了令人振奮的數(shù)據(jù)。

　　中國科學家基于“玉兔二號”前3個月晝探測數(shù)據(jù)，獲得月球背面著陸區(qū)月壤和淺層結構的重要發(fā)現(xiàn)和認識，翻開了月球演化“日記”的全新一頁。9月7日，這項研究成果在《自然—天文》上發(fā)表。

　　月球的淺層結構記錄了大型撞擊事件和巖漿噴發(fā)的次數(shù)、規(guī)模以及它們之間的時序關系，是寫下月球30多億年演化故事的天然“日記本”。但迄今為止，人類對其認識仍十分有限，它猶如等待探索的“隱秘角落”。

　　30多億年演化的“日記本”

　　月球的演化與小行星撞擊密不可分，科學家試圖分析月球淺層結構獲得小行星撞擊歷史。

　　科學家已經(jīng)了解，小天體撞擊是地球早期演化的重要驅(qū)動力，但長期地質(zhì)構造活動抹除了其早期演化的大部分痕跡，因此了解地球的早期演化歷史十分困難，而月球上較好地保留了這些記錄。

　　論文通訊作者、中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所（以下簡稱地質(zhì)地球所）研究員林楊挺向《中國科學報》介紹：“月球質(zhì)量較小，很早就停止了內(nèi)部活動，因此月表的撞擊坑及撞擊坑濺射物堆積剖面是了解月球30多億年演化歷史的很好視角，也可以為我們認識地球的早期演化提供重要參考?！?/p>

　　科學家曾為小行星撞擊假設出一幅幅“高能畫面”。例如，月表物質(zhì)被“撞”出來并向四周拋射，在近距離形成連續(xù)的濺射毯，在遠距離形成不連續(xù)的濺射條紋。一些大型撞擊事件還可能引起火山噴發(fā)，形成玄武巖與濺射堆積物的互層結構。

　　月球表面遭受普遍和強烈的小行星撞擊改造，因此月表物質(zhì)是不同撞擊事件濺射物的混合。濺射物的石塊大小和堆積厚度又與撞擊事件的規(guī)模和距離相關。也就是說，月球淺層結構原封不動地記錄下了小行星撞擊的“畫面”，形成一本星球演化的天然“日記”。

　　“黑科技”助力

　　上世紀70年代以來，美國“阿波羅計劃”通過在月表鉆取月壤樣品及月震儀探測等方式，嘗試“看清”月球淺層結構。但鉆孔樣品深度僅2米且鉆孔位置有限；月震波的方法的空間分辨率較低，難以識別月球淺層的精細結構。即使結合月震波、微波、地形地貌及小撞擊坑濺射物光譜分析等多種方法，也只能間接獲取一些粗略特征。

　　2019年1月，嫦娥四號探測器懷抱“玉兔二號”抵達月球背面南極—艾肯盆地中的馮·卡門撞擊坑，實現(xiàn)人類首次月球背面軟著陸，隨即開展了就位探測和巡視探測。

　　為探測人類向往已久的月表淺層結構，“玉兔二號”搭載了足夠先進的“黑科技”——測月雷達。雷達由2個頻率通道組成，其中高頻通道探測深度約50米，用于探測月壤及其下伏濺射物的高分辨結構，低頻通道探測深度可達約500米，用于探測可能存在的厚層狀濺射角礫巖層和玄武巖層等結構。

　　在此之前，作為“玉兔二號”的“前輩”，嫦娥三號依靠測月雷達開展了“邊走邊探”的工作，完成了首幅月球淺層結構剖面圖，揭示了嫦娥三號著陸區(qū)的地質(zhì)結構和地質(zhì)演化過程，并發(fā)現(xiàn)了一種新的巖石類型?；谶@些發(fā)現(xiàn)，科學家揭示了該區(qū)域的火山活動歷史。

　　3個月晝的數(shù)據(jù)

　　2019年3月13日，“玉兔二號”完成3個月晝工作，進入第三個月夜，累計行走163米。

　　收到數(shù)據(jù)后，科研團隊和載荷研制團隊立即投入到研究工作中。作為論文3位共同第一作者之一，地質(zhì)地球所研究員張金海負責數(shù)據(jù)處理，中國科學院空天信息創(chuàng)新研究院研究員周斌為測月雷達設計師、負責厘定原始數(shù)據(jù)，澳門科技大學助理教授祝夢華則負責撞擊坑模擬。

　　經(jīng)過地質(zhì)解譯，“玉兔二號”所到之處的淺層結構剖面清晰地展現(xiàn)在科學家面前。著陸區(qū)的淺層結構由上往下分為3個基本單元：單元1總厚度130米，為臨近多個撞擊坑的濺射物堆積和底部的玄武巖角礫層；單元2總厚度約110米，為多次噴發(fā)的玄武巖層；單元3總厚度不小于200米，則為著陸區(qū)北部的萊布尼茲撞擊坑的濺射物。同時，高頻雷達信號揭示了單元1上部的精細結構，最頂層30多米厚的物質(zhì)主要是來自芬森撞擊坑的拋射物。

　　這表明，“玉兔二號”探測的月面物質(zhì)并不是充填馮·卡門撞擊坑底的玄武巖，而來自芬森撞擊坑。同時，雷達剖面還揭示，著陸區(qū)經(jīng)歷了多期次的撞擊濺射堆積和多期次玄武巖漿噴發(fā)充填。這些新發(fā)現(xiàn)對于認識月球南極—艾肯盆地的演化具有重要意義，對于月球內(nèi)部物質(zhì)組成與結構的后續(xù)探測和研究有重要的指導作用。

　　研究人員表示，期待后續(xù)探月工程能搜集到更多來自月球背面“隱秘角落”的信息，以幫助科學家完整解密“月球日記”。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41550-020-1197-x