本報記者 甘曉
和「玉兔二號」一起「爬山」的雷達發回了令人振奮的數據。
中國科學家基於「玉兔二號」前3個月晝探測數據，獲得月球背面著陸區月壤和淺層結構的重要發現和認識，翻開了月球演化「日記」的全新一頁。9月7日，這項研究成果在《自然—天文》上發表。
月球的淺層結構記錄了大型撞擊事件和巖漿噴發的次數、規模以及它們之間的時序關係，是寫下月球30多億年演化故事的天然「日記本」。但迄今為止，人類對其認識仍十分有限，它猶如等待探索的「隱秘角落」。
30多億年演化的「日記本」
月球的演化與小行星撞擊密不可分，科學家試圖分析月球淺層結構獲得小行星撞擊歷史。
科學家已經了解，小天體撞擊是地球早期演化的重要驅動力，但長期地質構造活動抹除了其早期演化的大部分痕跡，因此了解地球的早期演化歷史十分困難，而月球上較好地保留了這些記錄。
論文通訊作者、中國科學院地質與地球物理研究所（以下簡稱地質地球所）研究員林楊挺向《中國科學報》介紹：「月球質量較小，很早就停止了內部活動，因此月表的撞擊坑及撞擊坑濺射物堆積剖面是了解月球30多億年演化歷史的很好視角，也可以為我們認識地球的早期演化提供重要參考。」
科學家曾為小行星撞擊假設出一幅幅「高能畫面」。例如，月表物質被「撞」出來並向四周拋射，在近距離形成連續的濺射毯，在遠距離形成不連續的濺射條紋。一些大型撞擊事件還可能引起火山噴發，形成玄武巖與濺射堆積物的互層結構。
月球表面遭受普遍和強烈的小行星撞擊改造，因此月表物質是不同撞擊事件濺射物的混合。濺射物的石塊大小和堆積厚度又與撞擊事件的規模和距離相關。也就是說，月球淺層結構原封不動地記錄下了小行星撞擊的「畫面」，形成一本星球演化的天然「日記」。
「黑科技」助力
上世紀70年代以來，美國「阿波羅計劃」通過在月表鑽取月壤樣品及月震儀探測等方式，嘗試「看清」月球淺層結構。但鑽孔樣品深度僅2米且鑽孔位置有限；月震波的方法的空間解析度較低，難以識別月球淺層的精細結構。即使結合月震波、微波、地形地貌及小撞擊坑濺射物光譜分析等多種方法，也只能間接獲取一些粗略特徵。
2019年1月，嫦娥四號探測器懷抱「玉兔二號」抵達月球背面南極—艾肯盆地中的馮·卡門撞擊坑，實現人類首次月球背面軟著陸，隨即開展了就位探測和巡視探測。
為探測人類嚮往已久的月表淺層結構，「玉兔二號」搭載了足夠先進的「黑科技」——測月雷達。雷達由2個頻率通道組成，其中高頻通道探測深度約50米，用於探測月壤及其下伏濺射物的高分辨結構，低頻通道探測深度可達約500米，用於探測可能存在的厚層狀濺射角礫巖層和玄武巖層等結構。
在此之前，作為「玉兔二號」的「前輩」，嫦娥三號依靠測月雷達開展了「邊走邊探」的工作，完成了首幅月球淺層結構剖面圖，揭示了嫦娥三號著陸區的地質結構和地質演化過程，並發現了一種新的巖石類型。基於這些發現，科學家揭示了該區域的火山活動歷史。
3個月晝的數據
2019年3月13日，「玉兔二號」完成3個月晝工作，進入第三個月夜，累計行走163米。
收到數據後，科研團隊和載荷研製團隊立即投入到研究工作中。作為論文3位共同第一作者之一，地質地球所研究員張金海負責數據處理，中國科學院空天信息創新研究院研究員周斌為測月雷達設計師、負責釐定原始數據，澳門科技大學助理教授祝夢華則負責撞擊坑模擬。
經過地質解譯，「玉兔二號」所到之處的淺層結構剖面清晰地展現在科學家面前。著陸區的淺層結構由上往下分為3個基本單元：單元1總厚度130米，為臨近多個撞擊坑的濺射物堆積和底部的玄武巖角礫層；單元2總厚度約110米，為多次噴發的玄武巖層；單元3總厚度不小於200米，則為著陸區北部的萊布尼茲撞擊坑的濺射物。同時，高頻雷達信號揭示了單元1上部的精細結構，最頂層30多米厚的物質主要是來自芬森撞擊坑的拋射物。
這表明，「玉兔二號」探測的月面物質並不是充填馮·卡門撞擊坑底的玄武巖，而來自芬森撞擊坑。同時，雷達剖面還揭示，著陸區經歷了多期次的撞擊濺射堆積和多期次玄武巖漿噴發充填。這些新發現對於認識月球南極—艾肯盆地的演化具有重要意義，對於月球內部物質組成與結構的後續探測和研究有重要的指導作用。
研究人員表示，期待後續探月工程能搜集到更多來自月球背面「隱秘角落」的信息，以幫助科學家完整解密「月球日記」。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41550-020-1197-x