“中國(guó)探月工程”微信公號(hào)7月15日消息，今天5時(shí)48分，華夏大地的黎明時(shí)分，在月球背面的嫦娥四號(hào)著陸器順利喚醒。此前，“玉兔二號(hào)”月球車(chē)已在7月14日12時(shí)53分喚醒。截至目前，嫦娥四號(hào)著陸器和“玉兔二號(hào)”月球車(chē)已度過(guò)559個(gè)地球日，兩器的順利喚醒標(biāo)志著“嫦娥”攜手“玉兔”進(jìn)入第20月晝工作期，不斷創(chuàng)造著新的記錄。

在本月晝工作期，著陸器搭載的月表中子及輻射劑量探測(cè)儀、低頻射電頻譜儀將按計(jì)劃開(kāi)機(jī)工作。根據(jù)前期獲取的月面影像數(shù)據(jù)，“玉兔二號(hào)”月球車(chē)將繼續(xù)向西北方向玄武巖或反射率較高的撞擊坑區(qū)域行進(jìn)，全景相機(jī)、測(cè)月雷達(dá)、紅外成像光譜儀、中性原子探測(cè)儀等科學(xué)載荷同步開(kāi)展科學(xué)探測(cè)任務(wù)。相關(guān)科學(xué)成果將及時(shí)發(fā)布。

最新成果

雷達(dá)數(shù)據(jù)揭秘馮?卡門(mén)撞擊坑地下結(jié)構(gòu)

澳門(mén)科技大學(xué)月球與行星科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室徐懿助理教授、賴嘉龍博士后與江西理工大學(xué)、廣州大學(xué)、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院、桂林理工大學(xué)和倫敦大學(xué)學(xué)院等合作者們，通過(guò)分析嫦娥四號(hào)雷達(dá)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)著陸區(qū)一帶多層地下結(jié)構(gòu)，并結(jié)合仿真模型和相關(guān)地質(zhì)分析，進(jìn)一步證實(shí)馮?卡門(mén)撞擊坑內(nèi)部發(fā)生過(guò)多期巖漿填充事件。

“玉兔二號(hào)”在月球背面行駛期間，攜帶的兩種頻率測(cè)月雷達(dá)首次對(duì)月球背面地下淺表層結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)探測(cè)。測(cè)月雷達(dá)第一通道中心頻率為60MHz，探測(cè)深度可達(dá)數(shù)百米，分辨率為米級(jí)；二號(hào)通道中心頻率為500MHz，探測(cè)深度相對(duì)較淺為數(shù)十米，但分辨率更高，可用于觀察著陸區(qū)月壤的精細(xì)結(jié)構(gòu)。

圖1 （a）中心頻率為60MHz的雷達(dá)圖像；（b）經(jīng)過(guò)圖像增強(qiáng)的結(jié)果（五層界面分別標(biāo)記為ABCDE）；（c）根據(jù)雷達(dá)圖像得到的地質(zhì)解譯結(jié)果（包括0-35米由二通道雷達(dá)補(bǔ)充的數(shù)據(jù)）

徐懿助理教授科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)處理與分析測(cè)月雷達(dá)二號(hào)通道數(shù)據(jù)，獲得了從月表到35米深的地下結(jié)構(gòu)，計(jì)算了月壤介電常數(shù)隨深度的變化和雷達(dá)圖像的特征，推測(cè)嫦娥四號(hào)著陸區(qū)的月壤層厚度約為11米，比嫦娥三號(hào)著陸區(qū)探測(cè)的月壤層更厚。可能的原因是，嫦娥四號(hào)著陸區(qū)的表面地質(zhì)年齡更為古老，此外，當(dāng)?shù)赜休^多的濺射物，風(fēng)化速度相對(duì)玄武巖更快。

二號(hào)通道數(shù)據(jù)顯示著陸區(qū)淺表層結(jié)構(gòu)可能為：0-11米為細(xì)顆粒風(fēng)化層，11米-25米為粗粒濺射物層，深于26米的是破碎的玄武巖層。此外，計(jì)算出玉兔二號(hào)巡視區(qū)域下方的月壤平均損耗角正切約為0.0039，據(jù)此估算出該區(qū)域鐵鈦含量約為11.8% - 13%，與遙感光譜數(shù)據(jù)測(cè)量的結(jié)果較為吻合。而且嫦娥三號(hào)和四號(hào)著陸區(qū)鐵鈦含量的不同也能解釋探地雷達(dá)在兩地探測(cè)深度的差異。

該項(xiàng)目組對(duì)前九個(gè)月晝的測(cè)月雷達(dá)一號(hào)通道數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲取了著陸區(qū)更深位置的地下分層結(jié)構(gòu)，約50米到330米深度范圍（按平均介電常數(shù)為6.5計(jì)算，圖1）。項(xiàng)目組成員使用多種方法驗(yàn)證雷達(dá)圖上多個(gè)連續(xù)反射界面是否來(lái)自地下信號(hào)，最后確定A-E五個(gè)層面位置。根據(jù)信號(hào)特征推測(cè)A-D為不同批次玄武巖之間的風(fēng)化層，界面E以下可能為大尺寸的濺射物層。通過(guò)雷達(dá)信號(hào)仿真驗(yàn)證了這一模型的可能性（圖2）。

圖2（a）仿真模型，不用顏色為不同的介電常數(shù)；（b）仿真結(jié)果

在距離嫦娥四號(hào)著陸區(qū)30公里的織女撞擊坑，遙感光譜數(shù)據(jù)顯示該坑濺射物中橄欖石含量在徑向分布上出現(xiàn)明顯不同的三個(gè)區(qū)域?？椗矒艨又睆酱蠹s為3.8公里，其挖掘深度大約300米。這意味著在著陸區(qū)附近300米深度以內(nèi)，至少存在三層成分不同的地層，這與雷達(dá)數(shù)據(jù)推測(cè)的結(jié)果相吻合。

那么，雷達(dá)探測(cè)到的多層的玄武巖是從哪里來(lái)的呢？根據(jù)中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院研究員邸凱昌團(tuán)隊(duì)提供的著陸區(qū)高程模型和雷達(dá)獲取的地下界面位置，使用趨勢(shì)面分析（Trend Surface Analysis）算法，給出了不同層表面變化趨勢(shì)（圖3）。

圖3 趨勢(shì)面分析（三角形為著陸器位置，黑色星號(hào)為玉兔二號(hào)軌跡點(diǎn)位置，白色箭頭表示從低地勢(shì)指向高地勢(shì)）

從趨勢(shì)面分析的結(jié)果可以看出，A、B、D層反射面都是西南高、東南低。由于玄武巖是由高向低流動(dòng)的，因此更高的方向可能是玄武巖層來(lái)源的方向。而在著陸區(qū)域的西南方向，我們觀測(cè)到一個(gè)火山口穹頂（圖4）。從穹頂?shù)母叱虜?shù)據(jù)來(lái)看，在馮?卡門(mén)撞擊坑表面至少存在著三次較為大型的噴發(fā)，而且這幾次噴發(fā)的厚度與我們的觀測(cè)結(jié)果較為一致。C界面東南方向較高，我們推測(cè)是由Alder撞擊坑濺射物覆蓋導(dǎo)致。根據(jù)對(duì)撞擊時(shí)序、估計(jì)厚度值和噴射源方向的分析，E層之下是某次或多次撞擊事件的濺射物。

圖4 著陸區(qū)西南部玄武巖流構(gòu)造。

上述成果發(fā)表在近期的《自然?通訊》雜志上。該工作獲得了澳門(mén)科技發(fā)展基金（0042/2018/A2, 0089/2018/A3, 005/2017/A1 and 0079/2019/A2），國(guó)家航天局民用航天預(yù)先研究項(xiàng)目（D020101），江西省教育廳基金（GJJ180489）等經(jīng)費(fèi)支持。

論文信息

1.First look by the Yutu-2 rover at the deep subsurface structure at the lunar farside.

https://www.nature.com/articles/s41467-020-17262-w

2.Comparison of Dielectric Properties and Structure of Lunar Regolith at Chang'e-3 and Chang'e-4 Landing Sites Revealed by Ground Penetrating Radar.

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2019GL084458

（原題為《嫦娥四號(hào)迎來(lái)第二十月晝，科學(xué)成果揭秘馮·卡門(mén)撞擊坑地下結(jié)構(gòu)》）