嫦娥四號與(yu) 玉兔二號（圖片來源：中國國家航天局）

2019年1月，中國發射的嫦娥四號探測器成功在月球背麵的馮(feng) 卡門坑著陸，成為(wei) 首個(ge) 在月球背麵軟著陸的探測器。著陸數小時後，“玉兔二號”月球車從(cong) 嫦娥四號釋放。利用玉兔二號月球車搭載的測月雷達，中國科學家首次揭露了月球背麵著陸區域地下40米深度內(nei) 的地層結構。這一研究對於(yu) 了解月球上火山活動與(yu) 隕石撞擊的曆史，以及月球的地質演化過程具有重要的意義(yi) 。

撰文 | Jonathan O'Callaghan

編譯 | 張二七

審校 | 吳非

早期月球表麵其實並不像我們(men) 曾以為(wei) 的那樣風平浪靜。大約45億(yi) 年前，在太陽係誕生後不久，月球可能就形成了。隨後，它灰暗而荒涼的表麵就不斷遭受了許多次隕石撞擊，造就了現在這樣一張布滿碎石的“麻子臉”。然而在這層表麵之下，隱藏著最吸引人類探索者的那些秘密。通過探測月球的地層結構，以及撞擊形成的隕石坑和濺射物，人們(men) 或許就能了解月球不為(wei) 人知的曆史。而這些秘密，正在被中國的嫦娥四號探測器逐一揭開。

在一項發表於(yu) 最新的《科學進展》期刊的研究中，中國科學院國家天文台研究院李春來、蘇彥領導的研究團隊利用月兔二號月球車搭載的測月雷達，首次揭示了月球背麵地下40米深度內(nei) 的地質結構。嫦娥四號探測器發射於(yu) 2018年12月，並於(yu) 2019年1月3日在月球背麵的南極-艾肯特盆地內(nei) 的馮(feng) ·卡門隕石坑底部成功著陸，這也是世界首個(ge) 實現月球背麵軟著陸的航天器。

南極-艾肯特盆地形成於(yu) 39億(yi) 年前，直徑約2500千米，是目前太陽係內(nei) 已知最大和最古老的隕石撞擊盆地。對南極-艾肯特盆地的研究，可以幫忙我們(men) 理解大型撞擊事件是如何塑造地球及其他係內(nei) 行星的。嫦娥四號著陸數小時後，其搭載的“玉兔二號”月球車完成分離，在馮(feng) 卡門隕石坑內(nei) 緩慢移動，並定期停下來進行一些測量任務，目前已經行駛了超過300米。

2019年7月，NASA的月球勘測軌道飛行器拍到了月球背麵馮(feng) 卡門隕石坑中的嫦娥四號探測器（圖片中央的黑點）和玉兔二號月球車（西北方向的小黑點）（圖片來源：James Stuby改自NASA）

月球背麵的地下淺層結構

馮(feng) 卡門隕石坑直徑186千米，是南極-艾肯特盆地中大量隕石撞擊坑中的一個(ge) 。通過研究嫦娥四號搭載的測月雷達所傳(chuan) 回的雷達圖像，研究者發現，在著陸區下方散落著大量濺射物，並且清晰地分為(wei) 三個(ge) 不同的地層。月球表麵發生過大量的隕石撞擊事件，每一次撞擊都會(hui) 產(chan) 生許多碎片，它們(men) 會(hui) 以高速噴出，並分散沉積到周圍的月球表麵，目前這些濺射物已經覆蓋了整個(ge) 月球的表麵。“我們(men) 觀測到了非常清晰的地層層序。”論文作者之一，意大利羅馬第三大學的埃琳娜·佩蒂內(nei) 利（Elena Pettinelli）說。

玉兔二號月球車攜帶的探月雷達能夠探測到月表以下40米深的地層，其探測能力是2013年12月著陸到月球正麵的嫦娥三號的兩(liang) 倍以上。根據目前傳(chuan) 回的物性參數和雷達圖像，沿著玉兔二號月球車行走的106米的路徑，其下方40米的地層呈現出清晰的三層：最表層為(wei) 地下0~12米，主要由細粒月壤組成，其中嵌有少量碎石；第二層為(wei) 地下12~24米，這一層是雷達圖像上回波強度最大的區域，表明內(nei) 部存在著大量的粗粒礫石，可能是撞擊產(chan) 生的濺射物沉積後，又發生了二次撞擊等複雜的地質過程；第三層一直延伸到地下40米深，雷達回波明暗交替變化，表明其粒度呈現粗粒和細粒的互層，是更古老的撞擊濺射物的沉積和風化產(chan) 物。深度超過40米時，雷達信號微弱，已經無法推測其物質特性。結合月球的區域地質曆史，在著陸點附近區域，在深度超過40米的地方，分布著完整的月海玄武岩。

圖為(wei) 嫦娥四號著陸區域的地下淺層結構，圖片來源：Li et al., 2020

圖為(wei) 雷達回波圖像（A）,雷達數據的層析成像圖（B，紅色代表高反射率，藍色代表低反射率），和月球地層層序示意圖（C）。（圖片來源：Li et al., 2020）

目前，我們(men) 無法確定嫦娥四號探測器著陸區域下方地層的確切年齡，以及這些物質具體(ti) 來源於(yu) 附近的哪個(ge) 隕石坑。不過，我們(men) 依然可以通過這些地層推測月球的部分演化曆史。佩蒂內(nei) 利表示，撞擊發生後，較小的噴射物能夠飛得更遠，因此地層中粒度較小的岩石可能來源於(yu) 更遠的撞擊坑。“而相對的，那些大塊的岩石，應該隻能落在撞擊位置的附近。”

月球的演化曆史

上世紀60、70年代，美國和蘇聯為(wei) 了探索月球的奧秘，分別啟動了阿波羅和Luna登月計劃。然而當時的探測器都缺乏嫦娥三號和嫦娥四號具備的雷達探測能力，同時，它們(men) 也未能展開對月球背麵的探索。在此之後，美國航空航天局（NASA）的兩(liang) 個(ge) “聖杯號”（Gravity Recovery and Interior Laboratory, GRAIL，即重力恢複與(yu) 內(nei) 部結構實驗室）探測器曾在2011-2012年進行繞月飛行，通過探測到的月球引力場數據，它們(men) 能夠以非常低的分辨率，提供月球數百千米深的地層的一些大體(ti) 特征。而現在，來自中國的探測器為(wei) 我們(men) 揭開了月球地下奧秘的一角。

美國NASA戈達德航天中心（Goddard Space Flight Center）的月球科學家丹尼爾·莫裏亞(ya) 蒂（Daniel Moriarty，並未參與(yu) 到新論文中）表示，這個(ge) 新的發現非常有趣，因為(wei) 它能夠幫助我們(men) 了解月球的演化曆史。他說：“月球與(yu) 地球的表麵區別很大。”地球表麵經受了許多複雜的風化和地質活動，因此發生過很大的改變。“而對於(yu) 月球來說，僅(jin) 有的兩(liang) 種大規模活動，分別是隕石撞擊和火山活動，（而探測到的地層結構）提供了這兩(liang) 方麵活動的證據。”

在論文中研究者提出，對於(yu) 這種地層結構，最可能的解釋是，火山活動形成的月海玄武岩覆蓋了這裏，隨後附近的隕石撞擊事件帶來的濺射物逐漸在這裏沉積。

莫裏亞(ya) 蒂指出，在之後的撞擊過程中，底層的月海玄武岩很可能與(yu) 其他撞擊形成的碎屑混在了一起，因此地層中的一些巨礫岩石可能就是這些玄武岩分解後形成的，而不是由附近的撞擊帶來的。另一種可能就是月幔物質在南極-艾肯特盆地形成的那次撞擊中暴露出來，隨後又與(yu) 其他碎屑混合在一起。

目前，作為(wei) 曆史上在月球工作時間最長的探測器，玉兔二號月球車仍在月球背麵行進，探測更多此前從(cong) 未涉足的月球區域。研究人員希望它能夠觀測到地層中撞擊碎屑的尺寸變化，從(cong) 而揭露出月球古老的撞擊曆史中的更多細節。佩蒂內(nei) 利說：“我們(men) 正要求探測器向著（研究人員認為(wei) 的碎屑）粒度發生變化的方向行進。”研究者認為(wei) ，這可以極大地增進我們(men) 對月球隕石撞擊和火山活動曆史的了解，並可能為(wei) 理解月球背麵的地質演化過程提供新的思路。

原文鏈接：

https://www.scientificamerican.com/article/chinas-moon-rover-takes-a-deeper-look-at-the-far-side/

論文地址：

https://advances.sciencemag.org/content/6/9/eaay6898

 

關(guan) 注【深圳科普】微信公眾(zhong) 號，在對話框：

回複【最新活動】，了解近期科普活動

回複【科普行】，了解最新深圳科普行活動

回複【研學營】，了解最新科普研學營

回複【科普課堂】，了解最新科普課堂

回複【團體(ti) 定製】，了解最新團體(ti) 定製活動

回複【科普基地】，了解深圳科普基地詳情

回複【口罩】，預約報名官方口罩免費領取

回複【科學防控】，學習(xi) 疫情相關(guan) 科普星空体育官网入口网站

回複【科普小達人】，報名參賽贏取萬(wan) 元大獎