嫦娥四号研究成果揭示南极-艾特肯盆地底部物质成因

玉兔二号月球车已在月球表面工作超过40个月昼，它上面的红外线光谱仪相机随著月球车的行走路线已测得多个位置的红外线光谱数据。红外线光谱仪相机是用于研究登陆地区上的月球土壤和月球表面岩石成分，追溯来源的主要方法。但是由于太空风化、颗粒大小与多次散射、仪器的光谱响应和观测条件等因素都会影响光谱特征，并导致由月球表面光谱数据计算得到的矿物成分存在很大不确定性。

为了定量评估不同红外线光谱仪相机数据处理方法的可靠性，中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理院重点实验室博士生常睿在导师杨蔚研究员、林红磊副研究员的指导下，选择了一块矿物组成与月球高地岩石相似的苏长-辉长岩进行光谱地面验证实验（上图）。

地面验证实验研究的岩石（CR-1）由电子扫描镜测得实际矿物模式含量为12.9%橄榄石、35.0%辉石和52.2%斜长石。为了更准确计算CR-1的光谱结果，研究者将CR-1中的橄榄石、低钙辉石、高钙辉石和斜长石从岩石样本中研磨并分选出来，由矿物光谱仪测得各单矿物的可见-近红外线光谱结果，单矿物均具有各自的光谱吸收特征。

由红外线光谱仪相机鉴定件测得的CR-1的光谱在971（±1）nm和1957（±8）nm波段处表现出明显的吸收特征。 它的吸收特征与玉兔二号月球车上红外线光谱仪相机在第3个月昼探测到的岩石的吸收特征相似。 CR-1的红外线光谱仪相机光谱计算出样本中矿物模式含量为7.5%橄榄石、39.3%辉石和53.2%斜长石，与其真实结果在误差范围内一致。

根据该研究中的数据处理方法并结合对嫦娥四号月球表数据的光度校正，玉兔二号月球车在第3个月昼探测到的岩石更准确的矿物模式含量应为11.7%橄榄石、42.8%辉石和45.5%斜长石。 月球车在第26个月昼又发现一块状月表岩石，它的光谱吸收特征与第3个月昼发现岩石的类似，其中矿物模式含量为3.2%橄榄石、24.6%辉石和72.2%斜长石。

两块月球表面岩石在斜长岩-苏长岩-橄长岩（Anorthosite-Norite-Troctolite）体系中均属于苏长岩范畴。 这意味嫦娥四号登陆区月球土壤下的岩层主要为斜长岩-苏长岩-橄长岩。 玉兔二号月球车在第26个月昼探测到的岩石含有更多的斜长石，且更接近平均月球地壳的矿物组成。

综合上述资料，嫦娥四号登陆区域的月球表面存在苏长质和斜长质的石块，分别代表撞击熔融池中快速结晶形成的物质与平均月球地壳的成分。一方面，有撞击事件将月球土壤下伏层位物质挖掘至月球表面，这些挖掘出来的物质具有南极艾特肯盆地（South Pole Aitken）熔融池结晶深成岩的特征。 另一方面，形成于南极艾特肯盆地大撞击事件前的初始月球地壳物质也可以保留在南极艾特肯盆地中。

【图、文：节录自中国科学院地质与地球物理研究所网页；新闻资讯由林景明提供】研究全文刊登在2022年5月11日出版的《遥感》期刊 ；标题是：Lunar Terrestrial Analog Experiment on the Spectral Interpretations of Rocks Observed by the Yutu-2 Rover

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