文/张巧玲 （中科院月球与深空探测总体部） 4月13日，玉兔美国《国家迷信院院刊》刊发了由中国迷信院地质与地球物理所钻研员林杨挺向导的文章往事网“嫦娥三号”迷信运用中间团队，对于我国“玉兔”月球车探测数据深入钻研的揭雨最新钻研下场,并作为其封面文章刊登。该文指出，海火“玉兔”月球车搭载的山行测月雷达、可见-近红外成像光谱仪以及粒子激发X射线谱仪取患上的动史探测数据揭示了月球在晚至25亿年摆布仍存在大规模的火山喷发，可能与该地域颇为富集喷射性元素无关，迷信月壤的玉兔厚度也可能清晰高于以往的估算。这些下场对于意见月球雨海地域火山行动的文章往事网历史，辅助人们进一步清晰月球的揭雨演化有侧紧张的迷信意思。 2013年12月14日，海火我国的山行嫦娥三号探测器在月球雨海盆地北部（图1）乐成着陆，随后嫦娥三号开启了着陆器就位探测以及“玉兔”月球车巡视探测。动史为了增长我国月球探测工程的迷信迷信钻研，“出好下场、玉兔快出下场、多出下场”，中科院启动院重点部署名目“嫦娥三号探测数据迷信运用钻研”。于2013年9月在嫦娥三号发射前夜，由中国迷信院月球与深空探测总体部规画并机关院内外迷信家，建树了5其中间团队，环抱嫦娥三号就位探测所取患上的迷信数据，睁开迷信运用钻研。由林杨挺钻研员向导的“嫦娥三号使命月球地域地球化学与妄想能源学演化模子”团队便是其中之一。 林杨挺介绍，“玉兔”月球车照料有全景相机、测月雷达、可见-近红外成像光谱仪以及粒子激发X射线谱仪四台迷信载荷。在个别使命的两个月昼内，玉兔一共对于月壤妨碍了2次粒子激发X射线谱合成以及4次可见-近红外成像光谱合成，并取患了1条百米摆布长度的测月雷达剖面（图2）。 该中间团队综合处置息争译了月球车测月雷达、可见-近红外成像光谱仪以及粒子激发X射线谱仪取患上的迷信探测数据，最终取患了着陆区月壤的化学组成、矿物组成、月壤以及月壳的浅表妄想等紧张数据，从而揭示出雨海地域火山行动的历史。这些就位探测的服从还可用于绕月探测数据的标定。 
图1 月球雨海盆地以及嫦娥三号着陆区位置。嫦娥三号着陆区位于月球雨海盆地北部年纪为 25亿年摆布的玄武岩流（深玄色）之上，距北部较老的低铁以及钛玄武岩（亮灰）仅10公里摆布。 
图2 嫦娥三号着陆区以及玉兔号月球车探测轨迹。A以及B是着陆区内两个较大的撞击坑。红色五角星代表嫦娥三号着陆位置，玄色线条为玉兔号的探测轨迹。LS1以及LS2分说调拨2次粒子激发X射线谱合成位置，CD5-8调拨4次可见-近红外成像光谱合成位置。 初次取患上就位探测的月壤化学组成 运用粒子激发X射线谱仪，钻研职员取患了着陆区月壤的主量以及微量元素组成。中国迷信院地质与地球物理所副钻研员杨蔚介绍，粒子激发X射线谱仪搭载在“玉兔”的机械臂上，它可能用于探测月壤以及月岩的化学成份。 为了更精确地合计“玉兔”丈量的月壤化学成份，他们在试验室对于10个岩石尺度样品妨碍了一再定标试验，并在此根基上建树了残缺的数据处置流程。 杨蔚展现，粒子激发X射线能谱取患了月壤中搜罗镁（Mg）、铝（Al）、硅（Si）、钙（Ca）、钛（Ti）、钾（K）、铬（Cr）、铁（Fe）、锶（Sr）、钇（Y）、锆（Zr）以及铌（Nb）在内的12个元素含量，其中后4种为微量元素，其含量不到万分之2（表1）。 不光如斯，他们还将其丈量服从与“阿波罗”在其余月海地域取患上的月壤样品妨碍了比力钻研，发现嫦娥三号着陆区月壤含有高的Fe以及Ti，低的Al。剖析下覆的玄武岩是一种新的规范。主要元素K以及微量元素Zr、Y以及Nb的含量，以及它们之间的比值关连，展现该玄武岩可能混入了10-20%的克里普组分。 杨蔚批注，克里普组分高度富集钾（K）、稀土（REE）以及磷（P），代表月球岩浆洋结晶最后残留的熔体。因此，该玄武岩很可能是由富铁以及钛的月幔源区部份熔融组成，而后在上侵历程中受到克里普岩层的混合，最后溢出月表充填到雨海盆地。 表1粒子激发X射线谱仪测患上的月壤化学组成 Sample name LS1 ± LS2 ± SiO2 42.8 43.2 MgO 9.9 1.5 8.9 1.9 Al2O3 11.5 0.9 10.5 1.0 K2O 0.18 0.01 0.15 0.01 CaO 10.4 0.3 10.9 0.4 TiO2 4.0 0.2 4.3 0.2 FeO 21.3 1.7 22.1 1.9 Total 100.0 100.0 Cr (ppm) 877 162 825 161 Sr (ppm) 139 19 198 29 Y (ppm) 34 10 54 13 Zr (ppm) 200 26 168 49 Nb (ppm) 13 2 14 10 * in wt%, normalized to 100 wt%. LS1: lunar soil 1; LS2: lunar soil 2. 解密月壤的矿物组成及光学成熟度 凭证月壤的光谱数据解译出矿物组成以及光学成熟度。这一下场由中科院地质与地球物理所副钻研员胡森与团队其余成员配合实现。 胡森介绍，可见-近红外光谱仪装置在“玉兔”的前端，主要用于取患上着陆区概况月壤以及吐露岩石的可见-近红外光谱。 “光谱数据不断是解译天体概况主要矿物组成的最实用本领。”胡森展现，可见-近红外成像光谱仪在450-945 nm波段以图像方式对于月表妨碍光谱成像探测，其空间分说率约0.6 妹妹每一像素；在900-2400 nm波段以光谱方式对于月表妨碍探测。 与以往的环抱探测比照，“玉兔”在月球概况就位探测具备最高的空间分说优势，可是，同时也受到了审核角度以及概况粗拙度的影响，展现出清晰的阴影效应。胡森与其余团队成员提出了实用校对于阴影效应的措施，较好地解译了“玉兔”的光谱数据，取患上月壤的铁以及钛含量、矿物组成以及光学成熟度。 胡森说，“玉兔”取患上的月壤光谱具备典型的月海月壤特色，其反射率清晰低于洼地月壤，并具备典型的月球太空风化特色。此外，月球车四个探测点的光学成熟度有清晰的变更，“挨近着陆器的倾向，月壤的光学成熟度以及反射率泛起增大的趋向，可能是软着陆时着落火箭吹走了最概况的拆穿困绕层所致。” 探秘月壤外部 嫦娥三号“玉兔”月球车搭载了测月雷达，这是人类探月以来初次在月球概况直接妨碍雷达探测。为了更好地钻研测月雷达的探测数据，林杨挺聘用了该所处置地震钻研的副钻研员张金海加盟他们的钻研团队。 林杨挺介绍，测月雷达经由在月表激发电磁脉冲，运用天线接管来自于月表如下电磁属性差距界面的反射电磁波，进而探测月壤以及浅表月岩的分层妄想，“这与地震波的探测道理着实是相似的。” “玉兔”照料的测月雷达有两个使命频率：高频通道的使命频率为500 MHz，实用探测深度为数十米，垂向分说率优于30厘米；低频通道的使命频率为60 MHz，实用探测深度为数百米，垂向分说率为米级。 张金海与团队其余成员一起，接管地震勘探规模睁开的刹时频谱合成以及偏移成像等信号处置技术实现为了测月雷达数据的详尽合成以及处置，取患了坚贞的月壤深度以及月壳浅表妄想等关键数据。 张金海介绍，凭证对于月壤的现有知识，他们建树了一个月壤模子，而后运用偏移成像技术对于月壤妄想妨碍扫描，发现月壤概况存在一层比力平均的“月尘”层，其厚度约为0.7米，该服从同美国“阿波罗”妄想在月表所取患上的钻孔岩芯很相似。此外，运用偏移成像以及时频合成精确地测出了月壤基底的深度以及笔直形态。 
图3探月雷达高频通道取患上的着陆区月壤剖面。玄色粗线为下层细粒“月尘”层底界，红色曲线为月壤的底界面，空心圆点为时频合成给出的月壤与基岩分界点。虚线为5米深度。 月壤厚度超预期 早在嫦娥一号使掷中，我国就把“探测月壤特色，钻研月表年纪以及演化，以及估算月壤中氦3的扩散以及资源量”作为了四大迷信目的之一。在嫦娥三号使掷中，“月表物资成份以及 可运用资源审核”同样被列为三大迷信目的之一。 林杨挺以为，月壤次若是由小行星或者彗星不断撞击月表而组成，它记实了月球的小行星撞击历史，记实并捉拿了大批的太阳风等资源，是氦-3以及氢的最紧张载体。月壤直接记实了月球概况的演化历史，对于未来开拓月球资源具备颇为紧张的意思。 可是，在嫦娥三号使命以前，人们只能凭证撞击坑形态、微波遥感亮以及善月震仪数据等估算月壤的厚度，好比，嫦娥一号使命便是运用微波辐射计来睁开月球概况的微波辐射探测。 “这些措施的配合缺陷是精度低，坚贞性差，差距措施患上到的服从差距很大。”林杨挺展现。在月面运用反射雷达探测月壤是精确测定月壤厚度的最佳措施，是一种直接丈量的服从，从而愈加坚贞地估算月壤总量及其所照料的资源量。 这次经由对于“玉兔”月球车测月雷达数据的合成钻研，钻研职员对于月壤的厚度做出了至关大的更正。“祖先估算月海地域的月壤厚度约为2~4米，该地域由于年迈，其月壤厚度理当更小，但实际探测服从是，玉兔月球车轨迹下方的月壤平均厚度为5米摆布（图3）”林杨挺说。这表明，祖先清晰低估了月壤的厚度。 月球在早年仍可很沉闷 本项钻研的另一紧张下场是，钻研职员运用测月雷达在深部探测到的3个界面，患上到了3套玄武岩的厚度，其中最晚一期玄武岩厚达195米（图4），表明月球岩浆行动的早期（约25亿年前），仍存在巨量的玄武岩浆喷发。祖先以为，月球在39亿年摆布可能履历了高强度的小行星轰击阶段，组成为了月面上大巨细小的盆地，而后在38-31亿年间被玄武岩浆所充填。尔后，月球进入早年，岩浆行动趋于停止。但这次玉兔的探测表明，雨海地域的火山行动在晚至25亿年依然至关强烈。凭证粒子激发X射线谱仪的服从，这些早期组成的玄武岩很可能是由富Fe-Ti的月幔源区部份熔融组成的，并在上侵历程中受到位于月壳底部极富集喷射性元素、稀土以及磷等元素的克里普岩层的混合。 
图4 探月雷达低频通道取患上的月壤下覆玄武岩层的剖面，在195米、215米、345米可见清晰的反射界面。 | 