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嫦娥四号迎第二十月昼，科学成果揭秘冯·卡门撞击坑地下结构

“中国探月工程”微信公号

2020-07-15 09:37

“中国探月工程”微信公号7月15日消息，今天5时48分，华夏大地的黎明时分，在月球背面的嫦娥四号着陆器顺利唤醒。此前，“玉兔二号”月球车已在7月14日12时53分唤醒。截至目前，嫦娥四号着陆器和“玉兔二号”月球车已度过559个地球日，两器的顺利唤醒标志着“嫦娥”携手“玉兔”进入第20月昼工作期，不断创造着新的记录。

在本月昼工作期，着陆器搭载的月表中子及辐射剂量探测仪、低频射电频谱仪将按计划开机工作。根据前期获取的月面影像数据，“玉兔二号”月球车将继续向西北方向玄武岩或反射率较高的撞击坑区域行进，全景相机、测月雷达、红外成像光谱仪、中性原子探测仪等科学载荷同步开展科学探测任务。相关科学成果将及时发布。

最新成果

雷达数据揭秘冯•卡门撞击坑地下结构

澳门科技大学月球与行星科学国家重点实验室徐懿助理教授、赖嘉龙博士后与江西理工大学、广州大学、中国地质大学、中国科学院空天信息创新研究院、桂林理工大学和伦敦大学学院等合作者们，通过分析嫦娥四号雷达数据，发现着陆区一带多层地下结构，并结合仿真模型和相关地质分析，进一步证实冯•卡门撞击坑内部发生过多期岩浆填充事件。

“玉兔二号”在月球背面行驶期间，携带的两种频率测月雷达首次对月球背面地下浅表层结构进行科学探测。测月雷达第一通道中心频率为60MHz，探测深度可达数百米，分辨率为米级；二号通道中心频率为500MHz，探测深度相对较浅为数十米，但分辨率更高，可用于观察着陆区月壤的精细结构。

图1 （a）中心频率为60MHz的雷达图像；（b）经过图像增强的结果（五层界面分别标记为ABCDE）；（c）根据雷达图像得到的地质解译结果（包括0-35米由二通道雷达补充的数据）

徐懿助理教授科研团队通过处理与分析测月雷达二号通道数据，获得了从月表到35米深的地下结构，计算了月壤介电常数随深度的变化和雷达图像的特征，推测嫦娥四号着陆区的月壤层厚度约为11米，比嫦娥三号着陆区探测的月壤层更厚。可能的原因是，嫦娥四号着陆区的表面地质年龄更为古老，此外，当地有较多的溅射物，风化速度相对玄武岩更快。

二号通道数据显示着陆区浅表层结构可能为：0-11米为细颗粒风化层，11米-25米为粗粒溅射物层，深于26米的是破碎的玄武岩层。此外，计算出玉兔二号巡视区域下方的月壤平均损耗角正切约为0.0039，据此估算出该区域铁钛含量约为11.8% - 13%，与遥感光谱数据测量的结果较为吻合。而且嫦娥三号和四号着陆区铁钛含量的不同也能解释探地雷达在两地探测深度的差异。

该项目组对前九个月昼的测月雷达一号通道数据进行分析，获取了着陆区更深位置的地下分层结构，约50米到330米深度范围（按平均介电常数为6.5计算，图1）。项目组成员使用多种方法验证雷达图上多个连续反射界面是否来自地下信号，最后确定A-E五个层面位置。根据信号特征推测A-D为不同批次玄武岩之间的风化层，界面E以下可能为大尺寸的溅射物层。通过雷达信号仿真验证了这一模型的可能性（图2）。

图2（a）仿真模型，不用颜色为不同的介电常数；（b）仿真结果

在距离嫦娥四号着陆区30公里的织女撞击坑，遥感光谱数据显示该坑溅射物中橄榄石含量在径向分布上出现明显不同的三个区域。织女撞击坑直径大约为3.8公里，其挖掘深度大约300米。这意味着在着陆区附近300米深度以内，至少存在三层成分不同的地层，这与雷达数据推测的结果相吻合。

那么，雷达探测到的多层的玄武岩是从哪里来的呢？根据中国科学院空天信息创新研究院研究员邸凯昌团队提供的着陆区高程模型和雷达获取的地下界面位置，使用趋势面分析（Trend Surface Analysis）算法，给出了不同层表面变化趋势（图3）。

图3 趋势面分析（三角形为着陆器位置，黑色星号为玉兔二号轨迹点位置，白色箭头表示从低地势指向高地势）

从趋势面分析的结果可以看出，A、B、D层反射面都是西南高、东南低。由于玄武岩是由高向低流动的，因此更高的方向可能是玄武岩层来源的方向。而在着陆区域的西南方向，我们观测到一个火山口穹顶（图4）。从穹顶的高程数据来看，在冯•卡门撞击坑表面至少存在着三次较为大型的喷发，而且这几次喷发的厚度与我们的观测结果较为一致。C界面东南方向较高，我们推测是由Alder撞击坑溅射物覆盖导致。根据对撞击时序、估计厚度值和喷射源方向的分析，E层之下是某次或多次撞击事件的溅射物。