嫦娥四号月球背面重大成果：发现月幔源物质初步证据

去月球背面，去美国人从未涉足的地方！北京时间2019年5月16日凌晨和美国东部时间5月15日下午，《自然》杂志在线发布了中国探月工程的重要发现。

中国科学院国家天文台研究员李春来领导的研究小组利用嫦娥四号的原位光谱数据，证明在月球背面的南极艾特肯盆地(SPA)存在深部物质，主要是橄榄石和低钙辉石。这为解决长期存在的月球地幔物质组成问题提供了直接的实验依据，为完善月球形成和演化模型提供了有力的支持。该研究论文题为“嫦娥四号月球远侧地幔物质的初步光谱鉴定”，由中国科学院上海技术物理研究所和中国科学院地球化学研究所共同完成。被誉为“嫦娥之父”的中国探月工程首席科学家欧阳自远院士也是作者之一。

月球早期演化理论认为，月球地壳是由岩浆海洋中较轻的斜长石成分向上结晶形成的，而较重的矿物如橄榄石和辉石下沉形成月球地幔。然而，这种关于月球和地幔组成的理论至今还没有得到很好的证明。无论是美国的阿波罗任务还是前苏联的月球任务，返回的月球样本都没有发现月球地幔确切成分的直接证据。后来，人们认识到，陨石撞击月球形成的陨石坑就像一口钻井，由于陨石撞击月球外壳，可能会暴露月球地幔的物质成分。其中最有希望的显然是位于月球背面的南极艾特肯盆地，这是月球上最大、最古老的陨石坑，直径2500公里。然而，以前的月球探测车也没有发现大量橄榄石暴露的证据，橄榄石是月球地幔的指示矿物。显然，为了证明富含橄榄石的地幔假说，我们需要在月球背面着陆。

2019年1月3日，中国的嫦娥四号探测器在月球背面预先选定的着陆区冯卡门陨石坑“定点、定时、精确”着陆。这是人类探测器首次成功着陆月球背面。这个着陆点非常小心。如上图所示，位于SPA的冯卡门陨石坑月球表面相对平坦，便于着陆，并能尽可能多地探测到月球地幔物质。更重要的是，在不远的地方，芬森还有一个小陨石坑，喷射出的物质可能会散落在那里。后来的数据显示，这是一个关键点。

1月3日，月球车(玉兔2号)与着陆器分离，其上搭载的红外成像光谱仪(VNIS)成功获取了着陆区两个探测点的高质量光谱数据，如上图所示。由国家天文台和中国科学院上海技术与物理研究所组成的研究小组通过对光谱数据的分析发现，嫦娥四号着陆区月壤的光谱吸收特性与月球正面月海玄武岩月壤的光谱吸收特性有显著差异，显示出低钙辉石的光谱特性，表明存在大量橄榄石，如下图所示。进一步分析证实，CE-4着陆区月壤中橄榄石的相对含量最高，其次是低钙辉石，只有少量高钙辉石。这种矿物组合可能代表了源自月球地幔的深层物质。

如前所述，CE-4探测器的着陆点位于温泉盆地的冯卡门撞击坑内。早期的研究结果表明，它的表面充满了后来喷发的玄武岩。着陆区高分辨率遥感图像数据和高光谱数据分析结果表明，着陆器和月球车位于来自芬兰东北部撞击坑的玄武岩“平原”撞击溅射物上，如下图所示。40多亿年前，当SPA盆地形成时，月球地壳变薄或完全剥离。芬森陨石坑是小天体撞击温泉盆地内表面形成的。这就像在矿泉表面的“深钻”。它进一步挖掘出SPA盆地表面以下的月球深层物质。产生的溅射物质被抛来抛去，以辐射的形式散落在冯·卡门撞击坑的“平原”上。因此，CE-4 VNIS分析了从FINSEN撞击坑中挖掘并投射到冯卡门撞击坑表面的月球地幔材料。

嫦娥四号探测器实现了人类历史上第一次月球背面软着陆。基于探测数据的研究结果成功地揭示了月球背面的物质组成，证实了月球地幔富含橄榄石这一推断的正确性，加深了对月球形成和演化的认识。据报道，随后的探测器将试图把样本送回地球。