嫦娥四號探測成果出爐:人類首份月球背面幔源物質初步證據

文章來源:上海技術物理研究所  |  發布時間:2019-05-17  |  【打印】 【關閉

  

  北京時間2019年5月16日淩晨,國際科學期刊《自然》(Nature)在線發布我國月球探測領域的一項重大發現。 

  中國科學院上海技术物理研究所为嫦娥四号任务玉兔二号巡视器研制了红外成像光谱仪(Visible and Near-infrared Imaging Spectrometer, VNIS)。利用VNIS月面原位光谱数据,中國科學院国家天文台、中國科學院上海技术物理研究所和中國科學院地球化学研究所三家单位在Nature上发表了题为 Chang’E-4 initial spectroscopic identification of lunar far-side mantle-derived materials的研究论文。

   中國科學院国家天文台李春来研究员领导的研究团队利用嫦娥四号就位光谱探测数据,证明了月球背面南极-艾特肯盆地(SPA)存在以橄榄石和低钙辉石为主的深部物质,为解答长期困扰国内外学者的有关月幔物质组成的问题提供了直接证据,将为完善月球形成与演化模型提供支撑。 

  紅外成像光譜儀是玉兔二號巡視器上唯一一台用于物質成分分析的有效載荷。VNIS采用凝視型時序掃描、聲光分光的新型技術,克服月球表面低光照、寬溫度等惡劣環境影響,同步實現輕小型、高性能與高可靠,滿足科學應用對高精度定量化數據的需求。該儀器首次用于嫦娥三號,是當時國際上首台月面近距離就位光譜探測儀器,爲保障嫦娥三號科學目標任務順利完成,提供了寶貴的第一手科學數據。目前嫦娥四號紅外成像光譜儀在已進行的五個月晝探測任務中,已經跟隨玉兔二號對車轍、月表石塊、微型撞擊坑及濺射物、光度特性等進行了27次探測,有望産生更多科學成果。本研究論文僅利用VNIS在第一月晝任務期獲取的2次原位光譜數據。 

    

  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、定時、精確”地著陸在月球背面預選著陸區馮卡門坑內。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)成功獲取了著陸區兩個探測點高質量光譜數據。 

   

   

  嫦娥四號第一月晝巡視器探測曆程(a)嫦娥四號著陸區(b)玉兔二號巡視器第一月晝行進路線圖(d)A探測點(CE4_0015)VNIS獲得的600nm圖像與地形地貌相機圖像(c)S1探測點VNIS獲得的600nm圖像與地形地貌相機獲取圖像 

  國家天文台和儀器研制單位中科院上海技術物理所組成的研究團隊通過對光譜數據的分析發現,CE-4著陸區月壤光譜的吸收特征與月球正面月海玄武岩質月壤光譜的吸收特征存在著顯著差異,展現出低鈣輝石的光譜特征,並暗示有大量橄榄石的存在,如下圖所示。進一步的分析證實,CE-4著陸區月壤物質中橄榄石相對含量最高,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。 

   

  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REFF數據;(b)包絡線去除後歸一化反射率;(c)與(d)利用MGM擬合對CE4_0015、CE4_0016點進行低鈣輝石LCP、高鈣輝石HCP、橄榄石olivine解混。 

  对覆盖着陆区域的高分辨率遥感图像数据和高光谱数据的分析结果显示,着陆器和月球车位于玄武岩“平原”的撞击溅射物上,这些溅射物来自东北方向的芬森(FINSEN)撞击坑,如下图所示。40多亿年前SPA盆地形成时已将月壳减薄或完全剥离。FINSEN坑是由小天体撞击SPA盆地内部表面而形成,其犹如在SPA表面打的一口“深钻”一般,进一步将SPA盆地表面以下月球更深部物质挖掘出,产生的溅射物四处抛射,呈辐射线撒布在冯卡门撞击坑“平原”上。因此,CE-4 VNIS分析到的对象是FINSEN撞击坑挖掘、抛射到冯·卡门撞击坑表面的月幔物质。 

   

  Finsen撞擊坑濺射物在馮卡門撞擊坑中的分布 

  嫦娥四號探測器實現了人類曆史上首次對月球背面的軟著陸就位探測。基于探測數據的研究結果成功揭示了月球背面的物質組成,證實了月幔富含橄榄石的推論的正確性,加深了人類對月球形成與演化的認識。