嫦娥四號紅外線光譜照片地面驗證實驗對月球南極艾特肯盆地表面物質組成

玉兔二號月球車已在月球表面工作超過40個月晝，它上面的紅外線光譜儀相機隨著月球車的行走路線已測得多個位置的紅外線光譜數據。紅外線光譜儀相機是用於研究登陸地區上的月球土壤和月球表面岩石成分，追溯來源的主要方法。但是由於太空風化、顆粒大小與多次散射、儀器的光譜響應和觀測條件等因素都會影響光譜特徵，並導致由月球表面光譜數據計算得到的礦物成分存在很大不確定性。

為了定量評估不同紅外線光譜儀相機數據處理方法的可靠性，中國科學院地質與地球物理研究所地球與行星物理院重點實驗室博士生常睿在導師楊蔚研究員、林紅磊副研究員的指導下，選擇了一塊礦物組成與月球高地岩石相似的蘇長-輝長岩進行光譜地面驗證實驗（上圖）。

地面驗證實驗研究的岩石（CR-1）由電子掃描鏡測得實際礦物模式含量為12.9%橄欖石、35.0%輝石和52.2%斜長石。為了更準確計算CR-1的光譜結果，研究者將CR-1中的橄欖石、低鈣輝石、高鈣輝石和斜長石從岩石樣本中研磨並分選出來，由礦物光譜儀測得各單礦物的可見-近紅外線光譜結果，單礦物均具有各自的光譜吸收特徵。

由紅外線光譜儀相機鑑定件測得的CR-1的光譜在971（±1）nm和1957（±8）nm波段處表現出明顯的吸收特徵。 它的吸收特徵與玉兔二號月球車上紅外線光譜儀相機在第3個月晝探測到的岩石的吸收特徵相似。 CR-1的紅外線光譜儀相機光譜計算出樣本中礦物模式含量為7.5%橄欖石、39.3%輝石和53.2%斜長石，與其真實結果在誤差範圍內一致。

根據該研究中的數據處理方法並結合對嫦娥四號月球表數據的光度校正，玉兔二號月球車在第3個月晝探測到的岩石更準確的礦物模式含量應為11.7%橄欖石、42.8%輝石和45.5%斜長石。 月球車在第26個月晝又發現一塊狀月表岩石，它的光譜吸收特徵與第3個月晝發現岩石的類似，其中礦物模式含量為3.2%橄欖石、24.6%輝石和72.2%斜長石。

兩塊月球表面岩石在斜長岩-蘇長岩-橄長岩（Anorthosite-Norite-Troctolite）體系中均屬於蘇長岩範疇。 這意味嫦娥四號登陸區月球土壤下的岩層主要為斜長岩-蘇長岩-橄長岩。 玉兔二號月球車在第26個月晝探測到的岩石含有更多的斜長石，且更接近平均月球地殼的礦物組成。

綜合上述資料，嫦娥四號登陸區域的月球表面存在蘇長質和斜長質的石塊，分別代表撞擊熔融池中快速結晶形成的物質與平均月球地殼的成分。一方面，有撞擊事件將月球土壤下伏層位物質挖掘至月球表面，這些挖掘出來的物質具有南極艾特肯盆地（South Pole Aitken）熔融池結晶深成岩的特徵。 另一方面，形成於南極艾特肯盆地大撞擊事件前的初始月球地殼物質也可以保留在南極艾特肯盆地中。

【圖、文：節錄自中國科學院地質與地球物理研究所網頁；新聞資訊由林景明提供】研究全文刊登在2022年5月11日出版的《遙感》期刊 ；標題是：Lunar Terrestrial Analog Experiment on the Spectral Interpretations of Rocks Observed by the Yutu-2 Rover