玉兔二号数据揭示冯·卡门撞击坑地形演化历史

《中国科学报》11月25日报道，11月21日，根据中国国家航天局探月与航天工程中心公布的消息，玉兔二号月球车结束寒冷漫长的月夜休眠期，受光照成功自主唤醒，恢复月面工作，进入第十二个月昼工作期。至此，嫦娥四号在月球背面工作时长已突破300天，达到322天；“玉兔二号”月球车行驶里程也成功突破300米，达到318.62米，实现“双三百”突破。

与此同时，利用“玉兔二号”数据开展的科学研究也交出一份漂亮成绩单。11月19日，由中国科学院遥感与数字地球研究所等多家科研机构组成的团队在《地球物理研究快报》（Geophysical Research Letters）上发表论文，揭示了嫦娥四号着陆区冯·卡门撞击坑地形演化历史，为认识该区域地质演化历史和物质来源提供了重要信息。

研究者供图

嫦娥四号着陆区冯·卡门撞击坑填深部的玄武岩之后，先后叠加了来自艾德勒和芬森坑的溅射物，之后又叠加了大量的小撞击坑，形成了着陆区现在的地形。

肩负使命的“玉兔”

作为月球上最大和最古老的撞击盆地，月球南极艾肯盆地的演化过程一直受到全世界科学家高度关注。

今年1月3日，作为嫦娥三号的备份，原本不在探月工程“绕落回”三部曲计划内的嫦娥四号被科学家“安排”去了月球背面。嫦娥四号着陆器携带玉兔二号月球车，在月球南极艾肯盆地内的冯·卡门撞击坑着陆，实现人类探测器首次在月球背面着陆，正是为了探索这块“处女地”的诸多奥秘。

“前人研究推测，南极艾肯盆地形成过程中可能挖掘出了月球深部物质，即下月壳甚至上月幔的物质。” 论文第一作者、中国科学院遥感与数字地球研究所邸凯昌研究员告诉《中国科学报》。

而已有证据显示，冯·卡门撞击坑实际上并不是直接暴露于月表的原始月球深部物质，其底部被后期喷出的玄武岩所充填，并且在嫦娥四号着陆区之上还覆盖了来自另一个撞击坑“芬森坑”的溅射物。

玉兔二号月球车光谱仪分析的月壤是我们想要了解的深部物质吗？那些溅射物到底从哪里来？它们又经历了什么样过程？有了这些问题的答案，就能描述出冯·卡门撞击坑的形成过程。科学家们期待，携带了可见和近红外光谱仪的玉兔二号可以通过就位探测南极艾肯盆地，回答这个重大的命题。

锁定溅射物的第二个来源

玉兔二号月球车开始工作以来，来自中国科学院遥感与数字地球研究所遥感科学国家重点实验室行星遥感团队与澳门科技大学、中国科学院地质与地球物理所、北京航天飞行控制中心、中国科学院西安光学精密机械研究所的科研团队通力合作，利用月球车立体相机近距离获得的高分辨率影像开展着陆区形貌及其形成过程研究。

同月球上大多数大撞击坑一样，冯·卡门坑内也被玄武岩所充填。“由于月球玄武岩浆的粘度很小，就像机油倒在地面，其坑底地形整体应该相当平坦。”邸凯昌介绍。

然而，玉兔二号全景立体影像不仅发现这里有大量的小撞击坑，地形趋势也崎岖不平。研究人员利用玉兔二号在多个停泊点获取全景立体影像制作了5厘米分辨率“数字高程模型”。

模型显示，着陆区地形东北高、西南低，在东南至西北方向有波浪状的起伏。研究人员判断，这些地形起伏显然不是由小的撞击坑引起的，而可能是堆积在平坦玄武岩基底之上、至少二层来自周围撞击坑的溅射物。

再结合已有的中低分辨率高程数据，除了位于冯·卡门坑东北的芬森坑，他们锁定了溅射物的第二个来源——位于冯·卡门坑东南的艾德勒坑。

勾勒演化过程

进一步量测和解译证实，着陆区所覆盖的溅射物厚达60-70米，最上层的东北-西南向线性溅射物来自芬森坑，叠加在东南-西北向的地形隆起上，这一地形隆起则是来自艾德勒坑的溅射物。

撞击坑数值模拟表明，来自芬森坑和艾德勒坑溅射物在着陆点的厚度分别为约30米和35米。“溅射物厚度累计值与着陆点与冯·卡门坑底玄武岩的高差一致，说明在玄武岩基底之上确实叠加了这两层溅射物。”邸凯昌介绍。

“芬森坑和艾德勒坑是在南极艾肯盆地形成之后的撞击挖掘形成的，它们内部并没有后期玄武岩的填充，因此这两个坑内部物质及其溅射物实际上来自南极艾肯盆地底部，是月球深部物质。”他进一步解释。

至此，冯·卡门坑的地形演化历史被勾勒出来：充填深部的玄武岩之后，先后叠加了来自艾德勒和芬森坑的溅射物，之后又叠加了大量的小撞击坑，形成了着陆区现在的地形。

这表示，“玉兔二号所分析的月壤基本上与下伏的玄武岩无关，主要是来自芬森坑溅射物，可能有少量艾德勒坑溅射物的贡献，为认识月球的深部物质组成给出了重要的约束。” 论文通讯作者、中国科学院地质与地球物理所研究员林杨挺总结。

该项研究得到了中国科学院先导科技专项、国家自然科学基金、澳门科学技术发展基金的资助。

作者：甘晓