玉兔二号数据揭示冯·卡门撞击坑地形演化历史

11月21日，根据中国国家航天局月球探测与空间工程中心发布的消息，玉兔2号结束了漫长、寒冷、月光下的休眠，成功地醒来，恢复了月球工作，并进入第12个月的白天工作。到目前为止，嫦娥4号已经在月球背面工作了300多天，达到322天。“玉兔2号”月球车也成功突破300米，达到318.62米，实现“双300”突破。

与此同时，利用“於菟2号”数据进行的科学研究也交出了一张漂亮的成绩单。11月19日，由中国科学院遥感与数字地球研究所等科研机构组成的团队在《地球物理研究快报》上发表了一篇论文，揭示了嫦娥四号着陆区冯卡门陨石坑的地形演化历史，为了解该地区的地质演化历史和物质来源提供了重要信息。

在嫦娥四号着陆区的冯卡门撞击坑内充填了深玄武岩后，来自埃杰德罗和芬森撞击坑的溅射物质相继叠加，然后叠加了大量的小撞击坑，形成了着陆区的当前地形。(研究人员提供图纸)

使命的“玉兔”

作为月球上最大、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世界各国科学家的高度关注。

今年1月3日，嫦娥四号作为嫦娥三号的备份，被科学家们“安排”到月球背面。嫦娥四号原本不是月球探测计划“环行”三部曲的一部分。嫦娥四号登陆器搭载玉兔二号月球车，降落在月球南极艾肯盆地的冯卡门撞击坑，实现了人类探测器在月球背面的首次着陆，正是为了探索这片“处女地”的许多奥秘。

先前的研究推测，月球深部物质，即下个月地壳甚至地幔的物质，可能是在南极洲艾肯盆地形成期间被挖掘出来的论文的第一作者、中国科学院遥感与数字地球研究所研究员迪告诉《中国科学日报》。

只有证据表明，冯·卡门撞击坑实际上并不是直接暴露在月球表面的原始月球深部物质，其底部充满了后期喷出的玄武岩，嫦娥四号着陆区也覆盖着另一个撞击坑“芬森坑”的溅射物质。

玉兔2号月球车光谱仪分析的月球土壤是我们想知道的深层物质吗？那些溅射的物体到底是从哪里来的？他们经历了什么样的过程？有了这些问题的答案，冯·卡门陨石坑的形成过程就可以描述了。科学家希望携带可见光和近红外光谱仪的玉兔2号能够通过探测南极洲的艾肯盆地来回答这个重要问题。

锁定溅射材料的第二来源

玉兔2号月球车投入运行以来，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的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研究所的科研团队进行了合作， 北京航空航天控制中心和中国科学院Xi安光学精密机械研究所将利用从月球车立体相机近距离获得的高分辨率图像，对着陆区的地形和形成过程进行研究。

像月球上大多数大型撞击坑一样，冯·卡门陨石坑也充满了玄武岩。“由于月球玄武岩岩浆的粘度非常低，就像石油泼在地面上一样，坑底的整体地形应该相当平坦。”迪介绍。

然而，玉兔2号的全景立体影像不仅发现了大量的小型撞击坑，而且地形趋势也是崎岖不平的。研究人员利用玉兔2号在几个停泊点获得的全景立体图像制作了一个5厘米分辨率的“数字高程模型”。

模型显示，着陆区地势东北高西南低，从东南到西北呈波状起伏。研究人员判断，这些地形起伏显然不是由小撞击坑引起的，而是可以沉积在平坦的玄武岩基底上，至少有两层来自周围撞击坑的溅射材料。

结合现有的中低分辨率高程数据，他们锁定了溅射材料的第二个来源——位于冯·卡门坑东南的Ejdero坑，除了位于冯·卡门坑东北的芬森坑。

概述演变过程

进一步的测量和解释证实，着陆区覆盖的溅射材料厚度为60-70米，最上面的东北-西南线性溅射材料来自芬森坑，叠加在东南-西北地形隆起上，这是来自Ejdero坑的溅射材料。

撞击坑的数值模拟表明，在着陆点，芬森坑和埃杰德罗坑的溅射材料厚度分别约为30m和35m。“溅射材料的累积厚度与着陆地点和冯卡门坑底部玄武岩之间的高度差一致，这表明这两层溅射材料确实叠加在玄武岩基底上。”迪介绍。

“芬森环形山和埃杰德罗环形山是在南极洲艾肯盆地形成后通过撞击挖掘形成的，它们的内部没有填充晚期玄武岩。因此，这两个陨石坑的内容和它们溅射的物质实际上来自南极艾肯盆地的底部，是月球深部的物质。”他进一步解释道。

到目前为止，冯·卡门陨石坑的地形演化历史已经勾勒出来:在填充了深部玄武岩之后，来自Ejdero和Fenson陨石坑的飞溅物相继叠加，然后叠加了大量的小型撞击陨石坑，形成了着陆区的当前地形。

这意味着“由玉兔2号分析的月球土壤基本上与下面的玄武岩无关，主要来自芬森陨石坑溅射物质，并且可能有少量来自Ejdero陨石坑溅射物质的贡献，这为理解月球的深部物质成分提供了重要的限制。”《通讯》作者、中国科学院地质与地球物理研究所研究员林总结说。

该项研究得到了中国科学院科技先导计划、国家自然科学基金和澳门科技发展基金的支持。

论文链接:library.wiley.com/doi/full/10.1029/2019gl085252