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國家天文臺基于嫦娥四號測月雷達揭開月球背面地下淺層結構的面紗

2020-02-27 國家天文臺
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[video:20200227嫦娥四號取得新成果:科學家首次揭示月球背面地下淺層結構]

  中國科學院國家天文臺研究員李春來、蘇彥領導的科研團隊在我國月球深空探測領域取得重大發現。該團隊利用嫦娥四號玉兔二號月球車上搭載的測月雷達,首次揭示了月球背面著陸區域地下40米深度內的地質分層結構,發現地下物質由低損耗的月壤物質和大小不同的大量石塊組成。這一研究成果對于了解撞擊過程對月表的改造、火山活動規模與歷史等具有重要意義。

  北京時間201913日,嫦娥四號探測器在月球背面最古老且最大的南極艾特肯(South Pole–Aitken)盆地內的馮卡門(Von Kármán)撞擊坑底部成功著陸。馮卡門撞擊坑形成于前酒海紀,中心位置為44.45°S, 176.3°E,直徑約為186千米。坑內地形相對平坦,坑底被玄武巖填充,玄武巖表面相當一部分區域被周邊大型撞擊坑的濺射物所覆蓋,并廣泛分布著二次撞擊坑。

  測月雷達好比是一臺給月球做CT的設備,它在14日早上92935秒開始工作。此次由國家天文臺領導的國內外學者的研究成果是基于前兩個月晝期間500 MHz的高頻通道雷達所探測的數據。和嫦娥三號相比,嫦娥四號測月雷達高頻通道的穿透深度是嫦娥三號的三倍多。研究團隊計算分析了月球淺層物質的特性參數,包括電磁波在月表下物質中的傳播速度、介電常數、密度、損耗角正切和鈦鐵含量等。根據獲得的物性參數和雷達圖像,沿著月球車行走的106米的路徑,在深度40米的范圍內,識別出了三個不同次表層地層單元。第一單元為從月球表面到地下12米的細粒月壤,內嵌有少量石塊,此月壤層形成于多個撞擊坑互疊的濺射物之上,這些濺射物可能來自周邊的芬森(Finsen)和馮卡門 L撞擊坑等。第二單元從地下12米到24米,這是雷達圖像上回波強度最大的區域,表明內部存在大量的石塊,甚至形成了碎石層和碎石堆,說明濺射物的沉積不僅僅是地毯式的鋪散,也會伴隨著物質之間的剪切、混合、挖掘以及二次撞擊坑結構擾動等復雜的地質過程。第三單元從地下24米到40米,雷達回波明暗交替變化,是不同時期、更古老的濺射物的沉積和風化產物。深度40米以下雷達信號微弱,高頻通道雷達信號已無法推斷其物質特性。結合區域地質歷史,推測在嫦娥四號著陸點附近,完整的月海玄武巖覆蓋在月表以下大于40米的深度。

  這項研究工作通過嫦娥四號測月雷達的直接就位測量,獲得了月球背面地下淺層的第一張雷達圖像、月表下物質的特性參數,以及濺射物內部地層序列。人類首次揭開了月球背面地下結構的神秘面紗,極大地提高了人們對月球撞擊和火山活動歷史的理解,并為月球背面的地質演化研究帶來新的啟示。

  國際科學期刊《科學-進展》(Science Advances)于北京時間2月27日凌晨在線發表了研究成果。

嫦娥四號著陸區地下分層結構

打印 責任編輯:葉瑞優

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