嫦娥四號探測成果出爐:人類首份月球背面幔源物質(zhì)初步證據(jù)
北京時(shí)間2019年5月16日凌晨,國際科學(xué)期刊《自然》(Nature)在線發(fā)布我國月球探測領(lǐng)域的一項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)。
中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所為嫦娥四號任務(wù)玉兔二號巡視器研制了紅外成像光譜儀(Visible and Near-infrared Imaging Spectrometer, VNIS)。利用VNIS月面原位光譜數(shù)據(jù),中國科學(xué)院國家天文臺、中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所和中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所三家單位在Nature上發(fā)表了題為 Chang’E-4 initial spectroscopic identification of lunar far-side mantle-derived materials的研究論文。
中國科學(xué)院國家天文臺李春來研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)利用嫦娥四號就位光譜探測數(shù)據(jù),證明了月球背面南極-艾特肯盆地(SPA)存在以橄欖石和低鈣輝石為主的深部物質(zhì),為解答長期困擾國內(nèi)外學(xué)者的有關(guān)月幔物質(zhì)組成的問題提供了直接證據(jù),將為完善月球形成與演化模型提供支撐。
紅外成像光譜儀是玉兔二號巡視器上唯一一臺用于物質(zhì)成分分析的有效載荷。VNIS采用凝視型時(shí)序掃描、聲光分光的新型技術(shù),克服月球表面低光照、寬溫度等惡劣環(huán)境影響,同步實(shí)現(xiàn)輕小型、高性能與高可靠,滿足科學(xué)應(yīng)用對高精度定量化數(shù)據(jù)的需求。該儀器首次用于嫦娥三號,是當(dāng)時(shí)國際上首臺月面近距離就位光譜探測儀器,為保障嫦娥三號科學(xué)目標(biāo)任務(wù)順利完成,提供了寶貴的第一手科學(xué)數(shù)據(jù)。目前嫦娥四號紅外成像光譜儀在已進(jìn)行的五個(gè)月晝探測任務(wù)中,已經(jīng)跟隨玉兔二號對車轍、月表石塊、微型撞擊坑及濺射物、光度特性等進(jìn)行了27次探測,有望產(chǎn)生更多科學(xué)成果。本研究論文僅利用VNIS在第一月晝?nèi)蝿?wù)期獲取的2次原位光譜數(shù)據(jù)。

紅外成像光譜儀與玉兔二號巡視器
附:文章解讀
2019年1月3日,嫦娥四號探測器“定點(diǎn)、定時(shí)、精確”地著陸在月球背面預(yù)選著陸區(qū)馮卡門坑內(nèi)。1月3日巡視器(玉兔2號)與著陸器分離,其上攜帶的紅外成像光譜儀(VNIS)成功獲取了著陸區(qū)兩個(gè)探測點(diǎn)高質(zhì)量光譜數(shù)據(jù)。
嫦娥四號第一月晝巡視器探測歷程(a)嫦娥四號著陸區(qū)(b)玉兔二號巡視器第一月晝行進(jìn)路線圖(d)A探測點(diǎn)(CE4_0015)VNIS獲得的600nm圖像與地形地貌相機(jī)圖像(c)S1探測點(diǎn)VNIS獲得的600nm圖像與地形地貌相機(jī)獲取圖像
國家天文臺和儀器研制單位中科院上海技術(shù)物理所組成的研究團(tuán)隊(duì)通過對光譜數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn),CE-4著陸區(qū)月壤光譜的吸收特征與月球正面月海玄武巖質(zhì)月壤光譜的吸收特征存在著顯著差異,展現(xiàn)出低鈣輝石的光譜特征,并暗示有大量橄欖石的存在,如下圖所示。進(jìn)一步的分析證實(shí),CE-4著陸區(qū)月壤物質(zhì)中橄欖石相對含量最高,低鈣輝石次之,僅含有很少量的高鈣輝石。這種礦物組合很可能代表了源于月幔的深部物質(zhì)。
VNIS獲取的第一月晝月表光譜反射率:(a)由VNIS獲取的CE4_0015、CE4_0016,以及CE3_0008探測點(diǎn)REFF數(shù)據(jù);(b)包絡(luò)線去除后歸一化反射率;(c)與(d)利用MGM擬合對CE4_0015、CE4_0016點(diǎn)進(jìn)行低鈣輝石LCP、高鈣輝石HCP、橄欖石olivine解混。
對覆蓋著陸區(qū)域的高分辨率遙感圖像數(shù)據(jù)和高光譜數(shù)據(jù)的分析結(jié)果顯示,著陸器和月球車位于玄武巖“平原”的撞擊濺射物上,這些濺射物來自東北方向的芬森(FINSEN)撞擊坑,如下圖所示。40多億年前SPA盆地形成時(shí)已將月殼減薄或完全剝離。FINSEN坑是由小天體撞擊SPA盆地內(nèi)部表面而形成,其猶如在SPA表面打的一口“深鉆”一般,進(jìn)一步將SPA盆地表面以下月球更深部物質(zhì)挖掘出,產(chǎn)生的濺射物四處拋射,呈輻射線撒布在馮卡門撞擊坑“平原”上。因此,CE-4 VNIS分析到的對象是FINSEN撞擊坑挖掘、拋射到馮·卡門撞擊坑表面的月幔物質(zhì)。
Finsen撞擊坑濺射物在馮卡門撞擊坑中的分布
嫦娥四號探測器實(shí)現(xiàn)了人類歷史上首次對月球背面的軟著陸就位探測?;谔綔y數(shù)據(jù)的研究結(jié)果成功揭示了月球背面的物質(zhì)組成,證實(shí)了月幔富含橄欖石的推論的正確性,加深了人類對月球形成與演化的認(rèn)識。
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