去月球背面，美國(guó)人從來(lái)沒踏足過(guò)的地方！北京時(shí)間2019年5月16日凌晨和美國(guó)東部時(shí)間5月15日下午，《自然》雜志在網(wǎng)上公布了中國(guó)探月工程的一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)。

中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員李春來(lái)帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)，利用嫦娥四號(hào)在原地的光譜探測(cè)數(shù)據(jù)，證明月球背面的南極-艾特肯盆地存在以橄欖石和低鈣輝石為主的深部物質(zhì)，為解決長(zhǎng)期困擾學(xué)術(shù)界的月球地幔物質(zhì)組成問(wèn)題提供了直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，為完善月球形成演化模型提供了有力支持。中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所國(guó)家天文臺(tái)和中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所聯(lián)合完成了“嫦娥四號(hào)月球遠(yuǎn)側(cè)地幔物質(zhì)初始光譜識(shí)別”的研究論文。中國(guó)探月工程首席科學(xué)家歐陽(yáng)自遠(yuǎn)院士也是作者之一。

根據(jù)月球早期演化理論，月球地殼是巖漿洋中較輕的斜長(zhǎng)石成分漂浮結(jié)晶形成的，而橄欖石、輝石等重礦物則下沉形成月球地幔。然而，這種關(guān)于月球和地幔組成的理論至今沒有得到很好的證明。無(wú)論是美國(guó)的阿波羅任務(wù)，還是前蘇聯(lián)的月球任務(wù)，在返回的月球樣品中都沒有發(fā)現(xiàn)月球地幔確切物質(zhì)組成的直接證據(jù)。后來(lái)人們才知道，隕石撞擊月球形成的隕石坑就像打井一樣，可能是因?yàn)殡E石撞穿了月球外殼，暴露了月球地幔的物質(zhì)成分。最有希望的顯然是月球背面的南極-艾特肯盆地，這是月球上最大最古老的隕石坑，直徑2500公里。然而，以前的月球探測(cè)器沒有發(fā)現(xiàn)大量橄欖石露頭的證據(jù)，橄欖石是月球地幔的一種指示礦物。顯然，我們需要在月球背面著陸來(lái)證明富含橄欖石的假設(shè)。

2019年1月3日，中國(guó)嫦娥四號(hào)探測(cè)器“定點(diǎn)、定時(shí)、準(zhǔn)確”在月球背面預(yù)選著陸區(qū)——豐卡門坑著陸。這是人類探測(cè)器首次成功登陸月球背面。這個(gè)登陸點(diǎn)很特別。如上圖所示，位于SPA的馮卡門隕石坑月球表面相對(duì)平坦，便于著陸，最有可能探測(cè)到月球地幔物質(zhì)。更重要的是，在離它不遠(yuǎn)的地方，還有一個(gè)小隕石坑芬森，在那里，撞擊噴出的物質(zhì)可能會(huì)散落一地。后來(lái)的數(shù)據(jù)顯示，這是一個(gè)極其關(guān)鍵的點(diǎn)。

1月3日，巡邏隊(duì)與登陸器分離，搭載的紅外成像光譜儀成功采集到了著陸區(qū)兩個(gè)探測(cè)點(diǎn)的高質(zhì)量光譜數(shù)據(jù)，如上圖所示。由國(guó)家天文臺(tái)和中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所組成的研究小組，通過(guò)對(duì)光譜數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)CE-4著陸區(qū)月壤的光譜吸收特征與月球正面月壤玄武巖中月壤的光譜吸收特征存在顯著差異，表現(xiàn)為低鈣輝石的光譜特征，暗示了大量橄欖石的存在，如下圖所示。進(jìn)一步分析證實(shí)，CE-4著陸區(qū)月壤中橄欖石的相對(duì)含量最高，其次是低鈣輝石，僅含少量高鈣輝石。這種礦物組合可能代表了起源于月球地幔的深部物質(zhì)。

如前所述，CE-4探測(cè)器的著陸點(diǎn)位于SPA盆地的馮卡門隕石坑內(nèi)。早期的研究結(jié)果表明，它的表面充滿了后來(lái)噴發(fā)的玄武巖。覆蓋著陸區(qū)的高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)和高光譜數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，著陸器和月球車位于玄武巖“平原”上的撞擊飛濺物上，該玄武巖“平原”來(lái)自芬森隕石坑的東北部，如下圖所示。40多億年前，SPA盆地形成時(shí)，月球地殼變薄或完全剝離。FINSEN隕石坑是小天體撞擊SPA盆地內(nèi)表面形成的，就像SPA盆地表面制作的“深鉆”。進(jìn)一步挖掘SPA盆地表面以下的月球更深處的物質(zhì)，產(chǎn)生的濺射物被拋來(lái)拋去，作為輻射射線分布在馮卡門隕石坑的“平原”上。因此，CE-4 VNIS分析的物體是從芬森隕石坑中挖掘出來(lái)的月球地幔物質(zhì)，并被拋到馮卡門隕石坑的表面。

嫦娥四號(hào)探測(cè)器實(shí)現(xiàn)了人類歷史上第一次在月球背面軟著陸?；谔綔y(cè)數(shù)據(jù)的研究成果成功揭示了月球背面的物質(zhì)組成，證實(shí)了月球地幔富含橄欖石這一推論的正確性，加深了人類對(duì)月球形成和演化的認(rèn)識(shí)。據(jù)報(bào)道，后續(xù)探索將試圖將樣本送回地球。