和“玉兔二号”一起“爬山”的雷达发回了令人振奋的数据。

中国科学家基于“玉兔二号”前3个月昼探测数据，获得月球背面着陆区月壤和浅层结构的重要发现和认识，翻开了月球演化“日记”的全新一页。9月7日，这项研究成果在《自然—天文》上发表。

月球的浅层结构记录了大型撞击事件和岩浆喷发的次数、规模以及它们之间的时序关系，是写下月球30多亿年演化故事的天然“日记本”。但迄今为止，人类对其认识仍十分有限，它犹如等待探索的“隐秘角落”。

30多亿年演化的“日记本”

月球的演化与小行星撞击密不可分，科学家试图分析月球浅层结构获得小行星撞击历史。

科学家已经了解，小天体撞击是地球早期演化的重要驱动力，但长期地质构造活动抹除了其早期演化的大部分痕迹，因此了解地球的早期演化历史十分困难，而月球上较好地保留了这些记录。

论文通讯作者、中国科学院地质与地球物理研究所（以下简称地质地球所）研究员林杨挺向《中国科学报》介绍：“月球质量较小，很早就停止了内部活动，因此月表的撞击坑及撞击坑溅射物堆积剖面是了解月球30多亿年演化历史的很好视角，也可以为我们认识地球的早期演化提供重要参考。”

科学家曾为小行星撞击假设出一幅幅“高能画面”。例如，月表物质被“撞”出来并向四周抛射，在近距离形成连续的溅射毯，在远距离形成不连续的溅射条纹。一些大型撞击事件还可能引起火山喷发，形成玄武岩与溅射堆积物的互层结构。

月球表面遭受普遍和强烈的小行星撞击改造，因此月表物质是不同撞击事件溅射物的混合。溅射物的石块大小和堆积厚度又与撞击事件的规模和距离相关。也就是说，月球浅层结构原封不动地记录下了小行星撞击的“画面”，形成一本星球演化的天然“日记”。

“黑科技”助力

上世纪70年代以来，美国“阿波罗计划”通过在月表钻取月壤样品及月震仪探测等方式，尝试“看清”月球浅层结构。但钻孔样品深度仅2米且钻孔位置有限；月震波的方法的空间分辨率较低，难以识别月球浅层的精细结构。

即使结合月震波、微波、地形地貌及小撞击坑溅射物光谱分析等多种方法，也只能间接获取一些粗略特征。

2019年1月，嫦娥四号探测器怀抱“玉兔二号”抵达月球背面南极—艾肯盆地中的冯·卡门撞击坑，实现人类首次月球背面软着陆，随即开展了就位探测和巡视探测。

为探测人类向往已久的月表浅层结构，“玉兔二号”搭载了足够先进的“黑科技”——测月雷达。

雷达由2个频率通道组成，其中高频通道探测深度约50米，用于探测月壤及其下伏溅射物的高分辨结构，低频通道探测深度可达约500米，用于探测可能存在的厚层状溅射角砾岩层和玄武岩层等结构。

在此之前，作为“玉兔二号”的“前辈”，嫦娥三号依靠测月雷达开展了“边走边探”的工作，完成了首幅月球浅层结构剖面图，揭示了嫦娥三号着陆区的地质结构和地质演化过程，并发现了一种新的岩石类型。基于这些发现，科学家揭示了该区域的火山活动历史。

3个月昼的数据

2019年3月13日，“玉兔二号”完成3个月昼工作，进入第三个月夜，累计行走163米。

收到数据后，科研团队和载荷研制团队立即投入到研究工作中。作为论文3位共同第一作者之一，地质地球所研究员张金海负责数据处理，中国科学院空天信息创新研究院研究员周斌为测月雷达设计师、负责厘定原始数据，澳门科技大学助理教授祝梦华则负责撞击坑模拟。

经过地质解译，“玉兔二号”所到之处的浅层结构剖面清晰地展现在科学家面前。

着陆区的浅层结构由上往下分为3个基本单元：单元1总厚度130米，为临近多个撞击坑的溅射物堆积和底部的玄武岩角砾层；单元2总厚度约110米，为多次喷发的玄武岩层；单元3总厚度不小于200米，则为着陆区北部的莱布尼兹撞击坑的溅射物。

同时，高频雷达信号揭示了单元1上部的精细结构，最顶层30多米厚的物质主要是来自芬森撞击坑的抛射物。

这表明，“玉兔二号”探测的月面物质并不是充填冯·卡门撞击坑底的玄武岩，而来自芬森撞击坑。

同时，雷达剖面还揭示，着陆区经历了多期次的撞击溅射堆积和多期次玄武岩浆喷发充填。

这些新发现对于认识月球南极—艾肯盆地的演化具有重要意义，对于月球内部物质组成与结构的后续探测和研究有重要的指导作用。

研究人员表示，期待后续探月工程能搜集到更多来自月球背面“隐秘角落”的信息，以帮助科学家完整解密“月球日记”。

作者：甘晓

编辑：王星

责任编辑：姜澎

来源：中国科学报

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