嫦娥四号月球背面重大成果：發現月幔源物質初步證據

　　來源：知社學術圈

　　到月球背面去，到美國人不曾涉足的地方去!北京時間2019年5月16日淩晨，美東時間5月15日下午，Nature雜志在線發表我國探月工程的一項重大發現。

　　中國科學院國家天文台李春來研究員領導的研究團隊利用嫦娥四号就位光譜探測數據，證明月球背面南極-艾特肯盆地(SPA)存在以橄榄石和低鈣輝石為主的深部物質，為解答長期困擾學界的月幔物質組成問題提供了直接的實驗證據，為完善月球形成與演化模型提供了有力的支撐。這篇題為Chang’E-4 initial spectroscopic identification of lunar far-side mantle-derived materials的研究論文，由國家天文台、中科院上海技術物理所、和中科院地球化學所三家單位共同完成，中國月球探測工程首席科學家，被譽為“嫦娥之父”的歐陽自遠院士也是作者之一。

　　有關月球早期演化的理論認為，月殼由是岩漿洋中較輕的斜長石組分上浮結晶形成，而如橄榄石、輝石等較重的礦物下沉形成月幔。然而，這一關于月幔組成的理論至今沒有很好地被證實。無論是美國的阿波羅任務還是前蘇聯的月球任務，所返回的月球樣品均沒有發現月幔準确物質組成的直接證據。後來，人們意識到隕石撞擊月球所形成的環形山，猶如一口鑽井，可能因為隕石撞穿月殼從而暴露月幔的物質成分。這其中最有希望的，顯然是位于月球背面的南極-艾特肯盆地(SPA)，月球上的、也是最古老的隕石坑，直徑高達2500公裡。可是此前的探月飛行器也沒有發現月幔指示礦物—橄榄石的大量出露的證據。顯然，要證明富橄榄石的月幔假說，我們需要登陸月球背面。

　　2019年1月3日，中國嫦娥四号(CE-4)探測器“定點、定時、”地着陸在月球背面預選着陸區馮卡門坑内。這是人類探測器成功登陸月球背面。這個着陸選址很有講究，如上圖所示，位于SPA的馮卡門隕石坑，月面相對平緩，既便于着陸，又可能探測到月幔物質。更重要的是，其不遠處，還有一個小隕石坑Finsen，其被撞擊噴出的物質，可能散落到這裡。後來的數據表明，這是極其關鍵的一點。

　　1月3日巡視器(玉兔2号)與着陸器分離，其上攜帶的紅外成像光譜儀(VNIS)成功獲取了如上圖所示着陸區兩個探測點高質量光譜數據。國家天文台和儀器研制單位中科院上海技術物理所組成的研究團隊通過對光譜數據的分析發現，CE-4着陸區月壤光譜的吸收特征與月球正面月海玄武岩質月壤光譜的吸收特征存在着顯著差異，展現出低鈣輝石的光譜特征，并暗示有大量橄榄石的存在，如下圖所示。進一步的分析證實，CE-4着陸區月壤物質中橄榄石相對含量，低鈣輝石次之，僅含有很少量的高鈣輝石。這種礦物組合很可能代表了源于月幔的深部物質。

　　前面已經提到，CE-4号探測器的着陸點位于SPA盆地内的馮卡門撞擊坑内部。早期研究結果表明其表面被後續噴發的玄武岩所填充。對覆蓋着陸區域的高分辨率遙感圖像數據和高光譜數據的分析結果顯示，着陸器和月球車位于玄武岩“平原”的撞擊濺射物上，這些濺射物來自東北方向的芬森(FINSEN)撞擊坑，如下圖所示。40多億年前SPA盆地形成時已将月殼減薄或完全剝離。FINSEN坑是由小天體撞擊SPA盆地内部表面而形成，其猶如在SPA表面打的一口“深鑽”一般，進一步将SPA盆地表面以下月球更深部物質挖掘出，産生的濺射物四處抛射，呈輻射線撒布在馮卡門撞擊坑“平原”上。因此，CE-4 VNIS分析到的對象是FINSEN撞擊坑挖掘、抛射到馮·卡門撞擊坑表面的月幔物質。

　　嫦娥四号探測器實現了人類曆史上對月球背面的軟着陸就位探測。基于探測數據的研究結果成功揭示了月球背面的物質組成，證實了月幔富含橄榄石的推論的正确性，加深了人類對月球形成與演化的認識。據介紹，後續探測會嘗試将樣品送回地球。