月球深处有什么？“玉兔二号”找到了答案！

国际科学杂志《自然》在线发布了中国月球探测领域的一项重要发现。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探测数据，证实了橄榄石和低钙辉石是月球背面南极艾特肯盆地的主要深部物质。该研究团队为解决长期困扰国内外学者的月球地幔物质组成问题提供了直接证据，并将为完善月球形成和演化模型提供支持。

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，迄今为止，这种关于月球地幔组成的推断还没有得到很好的证明。

▲月球内部结构的可能解释。月球岩浆的深度设定为550公里，下个月的地幔由原始未熔化的物质组成。

一方面，在美国阿波罗任务和苏联登月任务返回的月球样本中，没有发现与月球地幔确切成分相关的直接证据。另一方面，在月球背面最有可能穿透月球地壳的南极艾特肯盆地(SPA)，没有证据表明橄榄石的大量暴露，橄榄石是月球地幔的指示矿物。这是否意味着富含橄榄石的地幔假说是错误的？

嫦娥四号以揭开月球深部物质组成之谜为使命，踏上了探索月球背面物质层的旅程，为研究月球的起源和演化提供了新的资料。

2019年1月3日，“嫦娥四号”探测器在月球背面预先选定的着陆区冯卡门坑“定点、定时、精确”着陆。1月4日，月球车(玉兔2号)与着陆器分离，搭载其上的红外成像光谱仪(VNIS)成功获得着陆区两个探测点的高质量光谱数据。

▲( a)S1探测点附近岩石的全景照相机图像(黑白)；(b)2月日岩石探测区岩石的全景照相机图像(彩色)

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，在月球表面的CE-4着陆区的月壤和月海中的玄武岩月壤的光谱吸收特征有显著差异，显示出低钙辉石的光谱特征，表明存在大量橄榄石。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。

值得注意的是，CE-4探测器的着陆点位于SPA盆地的冯·卡门撞击坑。早期的研究结果表明，其表面充满了随后喷发的玄武岩。这些深部物质与着陆区分布的玄武岩有何不同？覆盖着陆区的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。

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。这就像是在温泉表面钻的一口“深井”。它进一步挖掘出SPA盆地表面以下的月球深层物质。溅射出来的物质被抛来抛去，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。

▲嫦娥二号数字高程模型识别的芬森冲击坑

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。