近日，紅外科學(xué)與技術(shù)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王芳青年研究員、何志平研究員等，聯(lián)合同濟(jì)大學(xué)、山東大學(xué)、深空探測實(shí)驗(yàn)室，利用嫦娥六號任務(wù)帶回來的首個(gè)珍貴月球背面樣品實(shí)測數(shù)據(jù)，融合月球軌道高分辨率可見-近紅外多波段光譜成像數(shù)據(jù)，建立了基于殘差卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Res-CNN）的月球化學(xué)成分智能反演框架，構(gòu)建出全球首套融合月球背面實(shí)地真值的高精度月球全球主要氧化物含量分布圖，攻克了長期以來月球背面化學(xué)成分反演缺乏實(shí)地?cái)?shù)據(jù)約束的難題，揭示了月球南極-艾肯盆地深部物質(zhì)暴露特征與月球背面地體的組成規(guī)律，為深入解析月球地質(zhì)演化歷史、指導(dǎo)未來月球探測工程著陸點(diǎn)選擇提供了高精度定量科學(xué)支撐。相關(guān)成果以《Refined lunar global chemistry mapping using farside ground truth information gathered by Chang'e-6》為題發(fā)表于《自然-傳感》上（Nature Sensors, 2026, doi:10.1038/s44460-025-00021-z）,并獲選為該期刊創(chuàng)刊第三期的封面文章（Cover Image）。
月球表面化學(xué)元素的全球分布特征解析，是探索月球內(nèi)部殼幔結(jié)構(gòu)、巖漿演化過程與地質(zhì)歷史的核心途徑，對理解地月系統(tǒng)的形成與發(fā)展具有不可替代的科學(xué)價(jià)值。此前，月球表面元素豐度的遙感反演與制圖研究，主要依賴于美國阿波羅（Apollo）、蘇聯(lián)月球（Luna）以及我國嫦娥五號等月球近地側(cè)采樣返回任務(wù)的實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)，導(dǎo)致占月球總面積近一半的月球背面處于“觀測盲區(qū)”。由于缺乏實(shí)地采樣的“真值”約束，現(xiàn)有的遙感反演模型在處理月球背面復(fù)雜地形和特殊礦物組成時(shí)往往存在較大偏差，尤其是作為月球地質(zhì)特征最豐富區(qū)域的南極 - 艾肯盆地，其深部物質(zhì)組成、地殼演化過程等關(guān)鍵科學(xué)問題始終缺乏精準(zhǔn)的定量數(shù)據(jù)支撐。
2024年，嫦娥六號任務(wù)成功從月球南極-艾肯盆地帶回1935.3克月壤樣本，成為人類首次實(shí)現(xiàn)月球背面采樣返回，為填補(bǔ)月球背面地質(zhì)研究空白提供了獨(dú)一無二的實(shí)測數(shù)據(jù)。本次研究中，科研團(tuán)隊(duì)以此為核心，經(jīng)過多學(xué)科聯(lián)合攻關(guān)，將嫦娥六號從月球背面帶回的關(guān)鍵“月面真值”，結(jié)合月球軌道高分辨率可見-近紅外多波段光譜成像數(shù)據(jù)，嵌入殘差卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Res-CNN）反演模型?；谀Ｐ臀⒄{(diào)（Fine-tuning）策略，在有限樣本條件下，精準(zhǔn)捕捉光譜數(shù)據(jù)與元素含量之間的高度非線性關(guān)系，解決了傳統(tǒng)模型易過擬合、魯棒性不足的難題，實(shí)現(xiàn)了對全球尺度下氧化物反演精度的大幅提升?；谶@種“AI+遙感”的方法，團(tuán)隊(duì)精確重構(gòu)了鐵（Fe）、鈦（Ti）、鋁（Al）、鎂（Mg）、鈣（Ca）、硅（Si）六大主量元素氧化物及鎂指數(shù)（Mg#）的全球分布，清晰刻畫了月球表面三大月球化學(xué)區(qū)（月海、高地、南極 - 艾肯盆地）的元素分布特征。該成果首次定量揭示了月球背面高地中鎂質(zhì)斜長巖和鎂質(zhì)巖套的出露比例遠(yuǎn)高于近地側(cè)，為月球巖漿洋結(jié)晶分化的月球正面與背面不對稱性假說提供了新的實(shí)測證據(jù)，精準(zhǔn)劃定了南極-艾肯盆地鎂質(zhì)輝石環(huán)和鐵質(zhì)異常區(qū)的邊界，證明了南極-艾肯盆地撞擊事件挖掘并暴露了更廣泛的深部鎂質(zhì)物質(zhì)。
這套高精度制圖猶如一張“月球藏寶圖”，充分彰顯了嫦娥六號采樣返回任務(wù)的重大科學(xué)價(jià)值，首次將月球背面的實(shí)地實(shí)測數(shù)據(jù)融入全球化學(xué)制圖，填補(bǔ)了月球背面地質(zhì)研究的關(guān)鍵數(shù)據(jù)空白，不僅深化了人類對月球殼幔結(jié)構(gòu)、深化了人類對月球殼幔結(jié)構(gòu)、月球正面與背面演化分異、南極-艾肯盆地形成與演化等核心科學(xué)問題的理解，還為未來月球著陸點(diǎn)選擇、月球資源勘探和深空探測任務(wù)規(guī)劃提供了高精度的定量化學(xué)指導(dǎo)，為我國后續(xù)月球探測工程的實(shí)施奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。
該成果獲得國家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目、優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目、中國科學(xué)院B類先導(dǎo)專項(xiàng)等項(xiàng)目支持，是典型的“理工融合、科教協(xié)同”的結(jié)晶。上海技物所胡偉達(dá)/王芳、何志平團(tuán)隊(duì)利用嫦娥六號月球礦物光譜分析儀采集了月表采樣區(qū)原位光譜數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了對月表物質(zhì)組成的精確探測，為高價(jià)值采樣點(diǎn)的選取提供了關(guān)鍵依據(jù)，同時(shí)利用智能光譜特征提取巧妙抑制了月球表面復(fù)雜的空間風(fēng)化效應(yīng)干擾，確保了月背物質(zhì)成分反演的物理真實(shí)性與數(shù)據(jù)可靠性。同濟(jì)大學(xué)童小華院士團(tuán)隊(duì)在深空探測測繪遙感領(lǐng)域擁有國際領(lǐng)先的學(xué)術(shù)地位，山東大學(xué)陳劍教授與中國科學(xué)院地化所王俊濤研究員則在月球地質(zhì)演化與礦物學(xué)領(lǐng)域具備深厚的理論造詣。該成果這種跨越光電探測、空間測繪、人工智能與行星地質(zhì)的多學(xué)科交叉模式，不僅打破了單一學(xué)科的認(rèn)知局限，更展示了我國在深空探測數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用領(lǐng)域的強(qiáng)大綜合實(shí)力。
青年研究員王芳為本文的通訊作者之一，她長期致力于紅外探測及其智能遙感應(yīng)用研究，深耕天基與地外天體光譜數(shù)據(jù)的深度解譯，帶領(lǐng)學(xué)生石緒明等基于可持續(xù)發(fā)展衛(wèi)星的熱紅外通道數(shù)據(jù)，結(jié)合層次特征注意力網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對海上船舶目標(biāo)的精準(zhǔn)探測與定位（Remote Sensing of Environment, 328, 114842）。
未來，研究團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)聚焦空天紅外光譜感知與智能遙感研究，以數(shù)據(jù)為紐帶，以智能為引擎，進(jìn)一步挖掘空天紅外海量數(shù)據(jù)的科學(xué)價(jià)值，從地球生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、資源精準(zhǔn)探查，到地外資源勘探，讓紅外科學(xué)與技術(shù)成為探索地球與宇宙的“精準(zhǔn)慧眼”，為踐行國家雙碳戰(zhàn)略、推動可持續(xù)發(fā)展、助力深空探測工程落地提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐與實(shí)際解決方案。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s44460-025-00021-z
新一代月表主要氧化物含量分布填圖
月球正面與背面Mg#分布揭示其不對稱性
嫦娥六號光譜儀仿真實(shí)驗(yàn)
供稿：王芳
編輯：虞慧嫻
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