玉兔二號數據揭示馮·卡門撞擊坑地形演化歷史

2020-12-05 觀察者網

《中國科學報》11月25日報導，11月21日，根據中國國家航天局探月與航天工程中心公布的消息，玉兔二號月球車結束寒冷漫長的月夜休眠期，受光照成功自主喚醒，恢復月面工作，進入第十二個月晝工作期。至此，嫦娥四號在月球背面工作時長已突破300天，達到322天；「玉兔二號」月球車行駛裡程也成功突破300米，達到318.62米，實現「雙三百」突破。

與此同時，利用「玉兔二號」數據開展的科學研究也交出一份漂亮成績單。11月19日，由中國科學院遙感與數字地球研究所等多家科研機構組成的團隊在《地球物理研究快報》（Geophysical Research Letters）上發表論文，揭示了嫦娥四號著陸區馮·卡門撞擊坑地形演化歷史，為認識該區域地質演化歷史和物質來源提供了重要信息。

研究者供圖

嫦娥四號著陸區馮·卡門撞擊坑填深部的玄武巖之後，先後疊加了來自艾德勒和芬森坑的濺射物，之後又疊加了大量的小撞擊坑，形成了著陸區現在的地形。

肩負使命的「玉兔」

作為月球上最大和最古老的撞擊盆地，月球南極艾肯盆地的演化過程一直受到全世界科學家高度關注。

今年1月3日，作為嫦娥三號的備份，原本不在探月工程「繞落回」三部曲計劃內的嫦娥四號被科學家「安排」去了月球背面。嫦娥四號著陸器攜帶玉兔二號月球車，在月球南極艾肯盆地內的馮·卡門撞擊坑著陸，實現人類探測器首次在月球背面著陸，正是為了探索這塊「處女地」的諸多奧秘。

「前人研究推測，南極艾肯盆地形成過程中可能挖掘出了月球深部物質，即下月殼甚至上月幔的物質。」 論文第一作者、中國科學院遙感與數字地球研究所邸凱昌研究員告訴《中國科學報》。

而已有證據顯示，馮·卡門撞擊坑實際上並不是直接暴露於月表的原始月球深部物質，其底部被後期噴出的玄武巖所充填，並且在嫦娥四號著陸區之上還覆蓋了來自另一個撞擊坑「芬森坑」的濺射物。

玉兔二號月球車光譜儀分析的月壤是我們想要了解的深部物質嗎？那些濺射物到底從哪裡來？它們又經歷了什麼樣過程？有了這些問題的答案，就能描述出馮·卡門撞擊坑的形成過程。科學家們期待，攜帶了可見和近紅外光譜儀的玉兔二號可以通過就位探測南極艾肯盆地，回答這個重大的命題。

鎖定濺射物的第二個來源

玉兔二號月球車開始工作以來，來自中國科學院遙感與數字地球研究所遙感科學國家重點實驗室行星遙感團隊與澳門科技大學、中國科學院地質與地球物理所、北京航天飛行控制中心、中國科學院西安光學精密機械研究所的科研團隊通力合作，利用月球車立體相機近距離獲得的高解析度影像開展著陸區形貌及其形成過程研究。

同月球上大多數大撞擊坑一樣，馮·卡門坑內也被玄武巖所充填。「由於月球玄武巖漿的粘度很小，就像機油倒在地面，其坑底地形整體應該相當平坦。」邸凱昌介紹。

然而，玉兔二號全景立體影像不僅發現這裡有大量的小撞擊坑，地形趨勢也崎嶇不平。研究人員利用玉兔二號在多個停泊點獲取全景立體影像製作了5釐米解析度「數字高程模型」。

模型顯示，著陸區地形東北高、西南低，在東南至西北方向有波浪狀的起伏。研究人員判斷，這些地形起伏顯然不是由小的撞擊坑引起的，而可能是堆積在平坦玄武巖基底之上、至少二層來自周圍撞擊坑的濺射物。

再結合已有的中低解析度高程數據，除了位於馮·卡門坑東北的芬森坑，他們鎖定了濺射物的第二個來源——位於馮·卡門坑東南的艾德勒坑。

勾勒演化過程

進一步量測和解譯證實，著陸區所覆蓋的濺射物厚達60-70米，最上層的東北-西南向線性濺射物來自芬森坑，疊加在東南-西北向的地形隆起上，這一地形隆起則是來自艾德勒坑的濺射物。

撞擊坑數值模擬表明，來自芬森坑和艾德勒坑濺射物在著陸點的厚度分別為約30米和35米。「濺射物厚度累計值與著陸點與馮·卡門坑底玄武巖的高差一致，說明在玄武巖基底之上確實疊加了這兩層濺射物。」邸凱昌介紹。

「芬森坑和艾德勒坑是在南極艾肯盆地形成之後的撞擊挖掘形成的，它們內部並沒有後期玄武巖的填充，因此這兩個坑內部物質及其濺射物實際上來自南極艾肯盆地底部，是月球深部物質。」他進一步解釋。

至此，馮·卡門坑的地形演化歷史被勾勒出來：充填深部的玄武巖之後，先後疊加了來自艾德勒和芬森坑的濺射物，之後又疊加了大量的小撞擊坑，形成了著陸區現在的地形。

這表示，「玉兔二號所分析的月壤基本上與下伏的玄武巖無關，主要是來自芬森坑濺射物，可能有少量艾德勒坑濺射物的貢獻，為認識月球的深部物質組成給出了重要的約束。」 論文通訊作者、中國科學院地質與地球物理所研究員林楊挺總結。

該項研究得到了中國科學院先導科技專項、國家自然科學基金、澳門科學技術發展基金的資助。

作者：甘曉

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