点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:月球背面地下藏着什么?玉兔二号探测结果来了
首页> 科普频道> 天文前沿 > 正文

月球背面地下藏着什么?玉兔二号探测结果来了

来源:光明网2020-02-27 15:09

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  月亮的表面下面究竟有什么?这是人类长久以来的疑问。2019年1月3日,中国嫦娥四号月球探测器成功着陆于月球南极–艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑底部,开启人类首次月球背面软着陆和巡视探测。嫦娥四号玉兔二号月球车携带的测月雷达对月表地下的“透视”为解开这一秘密提供了直接证据。

  中国科学院国家天文台李春来、苏彦研究员领导的科研团队,利用嫦娥四号玉兔二号月球车上搭载的测月雷达就位探测数据,首次揭示了月球背面着陆区域地下40米深度内的地质分层结构,发现地下物质由低损耗的月壤物质和大小不同的大量石块组成,并阐述了其作用与演化机制。该项成果是我国月球与行星探测领域的又一重大发现,研究成果深化了对月球撞击和火山活动历史的理解,并为月球背面的地质演化研究带来新的启示。

  国际科学期刊《科学进展》(Science Advances)于北京时间2月27日凌晨在线发表了该研究成果。

  月球背面地下藏着什么?玉兔二号探测结果来了

图1:研究论文在《Science Advances》期刊在线发表

  众所周知,嫦娥四号探测器于北京时间2019年1月3日在月球背面最古老且最大的南极–艾特肯(South Pole–Aitken)盆地内的冯·卡门(Von Kármán)撞击坑底部成功着陆。已有的研究结果表明,冯·卡门撞击坑形成于前酒海纪,中心位置为44.45°S, 176.3°E,直径约为186千米。坑内地形相对平坦,坑底被玄武岩填充,玄武岩表面相当一部分区域被周边大型撞击坑的溅射物所覆盖,并广泛分布着二次撞击坑,如图2所示。但是月表尤其是月球背面的地下结构是什么样的、由什么物质组成尚不清楚。

  月球背面地下藏着什么?玉兔二号探测结果来了

图2:嫦娥四号着陆区影像图(黄色线条和箭头标识了典型的溅射物覆盖区域,绿色箭头标识了典型的二次撞击坑分布区域)制图:曾兴国

  月球表面干燥有利于电磁波的穿透,玉兔二号月球车上携带的测月雷达好比是一台给月球做CT的设备,通过电磁波对月球浅层地质结构进行探测,能将所到之处月球表面下的月壤厚度及浅层地质结构等信息窥视得一清二楚。嫦娥四号测月雷达完全继承了嫦娥三号测月雷达技术状态,同样由发射机、天线、电控箱(含接收机、控制器)等几部分组成,包含低频和高频两个通道,两通道的天线均为收发分置形式。第一通道(低频)发射天线和接收天线安装于月球车后部的顶板下侧,第二通道(高频)天线安装于月球车底部的底板下侧(见图3)。

  论文第一作者李春来研究员指出:“和嫦娥三号相比,嫦娥四号测月雷达高频通道的穿透深度是嫦娥三号的三倍多。”

  月球背面地下藏着什么?玉兔二号探测结果来了

图3:测月雷达在玉兔二号月球车上的安装位置示意图。制图:高兴烨

  测月雷达的探测伴随玉兔二号月球车的移动而进行。当月球车移动时,测月雷达通过发射天线往月面下发射脉冲电磁波信号,电磁波信号在月壤或月岩中遇到分层等介电常数不连续的目标时会发生后向反射和散射,形成回波,被接收天线接收。科学家对接收到的回波信号进行处理,就可获得一幅地下目标的剖面图像。获得的剖面图像的纵坐标为电磁波的回波时间,横坐标为巡视器的位置或移动距离,如图4所示。电磁波的传播速度确定后,探测深度就可由传播时间计算出来。

  月球背面地下藏着什么?玉兔二号探测结果来了

图4:(a)测月雷达随月球车行走探测月表地下浅层结构示意图(b)测月雷达高频通道(500MHz)经过背景去除、增益调整和偏移处理后的雷达图像 (Li et al., Sci. Adv. 2020)

  嫦娥四号测月雷达在北京时间2019年1月4日9点29分35秒开机工作,本论文研究工作基于测月雷达在第一和第二前两个月昼获取的500 MHz高频通道探测数据开展,期间玉兔二号月球车沿巡视路径共计行走了106米(图5)。

  月球背面地下藏着什么?玉兔二号探测结果来了

图5:(a)嫦娥四号着陆区影像图 (b)玉兔二号月球车第一和第二月昼行进路线图 (Li et al., Sci. Adv. 2020)

  论文通讯作者苏彦研究员介绍,研究团组计算分析了月球浅层物质的特性参数,包括电磁波在月表下物质中的传播速度、介电常数、密度、损耗角正切和钛铁含量等。根据获得的物性参数和雷达图像(图6),沿着月球车行走的路径,在深度40米的范围内,识别出了三个不同次表层地层单元,如图7所示。

  月球背面地下藏着什么?玉兔二号探测结果来了

图6:测月雷达高频通道(500MHz)基于层析反演方法重建的雷达图像 (Li et al., Sci. Adv. 2020)

  月球背面地下藏着什么?玉兔二号探测结果来了

图7:嫦娥四号着陆区地下分层结构示意图。制图:高兴烨

  第一单元:从月球表面到地下12米,该地层为细粒月壤、内嵌有少量石块,是由多个撞击坑互叠的溅射物风化而成。

  第二单元:从地下12米到24米,该层是雷达图像上回波强度最大的区域,表明内部存在大量的石块,甚至形成了碎石层和碎石堆,夹杂在细粒月壤之中。

  第三单元:从地下24米到40米,该层雷达回波明暗交替变化,为不同时期、更古老的溅射物的沉积和风化产物。

  深度40米以下雷达回波信号微弱,已无法推断其物质特性。

  论文第一作者李春来研究员解释说:“第一单元地层的溅射物可能主要来自周边的芬森(Finsen)和冯·卡门(Von Kármán)L撞击坑等;第二单元地层物质显现出其溅射物的沉积不仅仅是地毯式的铺散,也会伴随着物质之间的剪切、混合、挖掘以及二次撞击的扰动等复杂的地质过程。结合区域地质历史,推测在嫦娥四号着陆点附近,完整的月海玄武岩覆盖在月表以下大于40米的深度。”

  这项研究通过嫦娥四号测月雷达的就位探测数据,获得了月球背面地下浅层的第一张雷达图像、月表下物质的特性参数,以及溅射物内部地层序列,首次揭开了月球背面地下结构的神秘面纱。研究成果对于了解撞击过程对月表的改造、火山活动规模与历史等具有非常重要的意义。

  截至2020年2月1日,玉兔二号月球车已完成了第十四个月昼的科学探测工作,累计行走了367.3米,目前正在开展第十五个月昼的科学探测。本项研究所用的嫦娥四号测月雷达就位探测数据已在探月工程数据发布网站(http://moon.bao.ac.cn)上发布(图8)。该项工作也是继论文所署第一单位中国科学院月球与深空探测重点实验室应用嫦娥四号探测数据分别在Nature、Nature Geoscience、Nature Communications等学术期刊上发表论文后取得的又一重要研究成果。

  月球背面地下藏着什么?玉兔二号探测结果来了

图8:探月工程数据发布网站登陆界面

  中国科学院月球与深空探测重点实验室(Key Laboratory of Lunar and Deep Space Exploration,CAS)是由中国科学院国家天文台在2011年创建,于2013年4月批准为院重点实验室。

  实验室定位于月球与行星探测的理论、技术、数据处理与应用相关的基础研究和应用基础研究,培养和造就深空探测领域的科学和技术的创新型人才队伍。实验室现有包括研究员、副研究员、专职科研人员、博士后、研究生、实验室助理等人员共计70余人。实验室近来来承担的任务主要集中于月球、火星和小行星等行星探测国家重大专项,同时开展高层次具有战略意义的重大国际合作项目。实验室在国内外学术期刊发表论文近400篇、出版专著20余部、获得发明专利(已授权)46项、国家标准(已发布实施)17项,并多次获得国家科学技术进步特等奖、一等奖和三等奖等国家级科技奖励。(黄京一、赵宇豪)

[ 责编:张蕃 ]
阅读剩余全文()

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 日/周
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 第140届广交会首次设立国际医疗服务专区

  • 2026良渚文创市集·瓶窑集启幕

独家策划

推荐阅读
当前全球生态环境挑战日益严峻,科技创新是应对可持续发展挑战的核心力量。
2026-10-16 16:29
10月16日是第四十六个世界粮食日,所在周是全国粮食安全宣传周,主题为“创新当下,粮安未来”。从良种选育、智能农机到数字农业、精准储运,创新正成为粮食增产、节粮减损、营养提升的关键引擎。即日起,光明网联合科普中国推出系列科普视频,深入解读科技创新绘就的粮安答卷。
2026-10-16 08:46
在显示技术升级与人工智能赋能的双重驱动下,行业正跳出传统数字阅读的固有边界
2026-10-16 08:45
打造集技术研发、模型训练、系统验证及场景测试于一体的创新基地,推动人形机器人及具身智能技术从实验室研发阶段走向大规模产业应用。
2026-10-16 08:39
工业和信息化部、中央网信办、市场监管总局高度重视,在前期调查工作基础上,成立联合调查组开展核查,并依法依规处理。有关情况将及时公布。
2026-10-16 08:40
大会延续“零碳·科技”永久主题,以“智储新程 绿动全球”为年度主题
2026-10-16 08:35
“戈壁荒滩老风口,飞沙走石雁不留。托里县老风口蝶变的三部曲,为生态脆弱地区推动高质量发展、树立和践行正确政绩观,提供了深刻启示。树立和践行正确政绩观,就要算大账、算长远账、算整体账,既做显功、也做潜功,把生态优势转化为发展优势、民生福祉。
2026-10-15 09:51
常压下,水到0℃会结冰,这就是人们熟悉的相变,0℃即是相变的临界点。两篇论文的共同通讯作者、宁波东方理工大学助理教授余雪佳,把这个难题比作“在沸水中完好保存一件冰雕”。
2026-10-15 09:49
长久以来,古生物学界与教科书普遍认为琥珀皆源自种子植物(裸子或被子植物),最古老的确切记录定格在美国约3.2亿年前的石炭纪晚期。
2026-10-15 09:48
在芯片制造、航空发动机等高端硬核制造领域,技术迭代具有长周期、累积性、阶梯式特征,遵循循序渐进、层层突破的线性攻关规律。新征程上,持续深耕创新生态建设、迭代升级现代化创新体系,必能培育形成扎根中国、联通世界、内生增长、开放共生的创新新格局。
2026-10-15 09:46
受困于“小散弱”的格局,长期以来,我国科技期刊在国际学术传播体系中缺少属于自己的“拳头产品”与平台话语权——“在精品化发展方面,经过70余年积淀,我国已形成以《中国科学》《科学通报》《国家科学评论》等刊群为代表的高水平期刊方阵。
2026-10-15 09:45
AI时代,科研的“源头活水”是什么?不是算力,不是数据,而是人对未知世界的好奇与追问。
2026-10-14 11:28
截至8月末,三家基础电信企业的固定互联网宽带接入用户总数7.04亿户,比上年末净增1365万户;三家基础电信企业及中国广电的移动电话用户总数18.49亿户,其中5G移动电话用户13.11亿户。
2026-10-14 09:34
自然资源部会同国家发展改革委12日发布《矿产资源目录》。自然资源部矿产资源保护监督司负责人表示,矿产资源目录是矿产资源管理制度的重要基础,是制定矿产资源规划、实施矿业权管理、规范矿产资源勘查开采行为、征缴矿产资源税费、制定产业政策等工作的依据。
2026-10-14 09:40
与共康村相邻的巴达村,是第一批参与试种的村,也是西藏首个高海拔水稻实测亩产破千斤的村子,村民把“海拔3175米种水稻”写进村史。一粒水稻种子,不只改写了亩产数字,更改变了“西藏水稻只能在察隅、墨脱海拔1500米以下种植”的历史,为高原水稻纳入地方主粮增添可能。
2026-10-14 09:41
如今,AI正改变许多行业的底层逻辑,固守单一思维模式将面临严峻挑战,文理兼备、跨界融合才是稀缺能力——既有理科生的技术思维和逻辑能力,又有文科生的人文洞察和情感素养。未来更有竞争力的,可能不是最典型的文科生或理科生,而是既有专业深度,又能跨学科解决问题的人。
2026-10-14 09:48
不久前,在海南三亚崖州湾科技城,一场名为“青年π”的海洋主题对话临海开讲。高频下潜试出的不只有装备可靠性,也不断刷新人们对深海的认识。同一园区,由哈尔滨工程大学南海研究院孵化的海南水之声海洋科技有限公司,正给海洋装备搭水下“Wi-Fi”。
2026-10-14 09:49
目前各地正在开展流感疫苗接种。今年开始,国家对农村地区“一老一小”重点人群实施免费接种等相关支持性政策。为什么要接种流感疫苗?去年接种过,今年是否还需要接种?到哪里接种?
2026-10-13 10:03
我国城市盲道总里程以万公里计,公共场所无障碍设施持续铺开。数字世界的“盲道”畅通起来。精神文化的“视界”也在扩大。中国传媒大学师生发起的“光明影院”项目,近十年间每年制作上百部无障碍电影,把电影送到视障朋友耳边,今年还走进联合国教科文组织总部举办专场放映。
2026-10-13 10:01
记者近期从中国互联网络信息中心获悉:截至今年上半年,我国生成式人工智能用户规模超7亿人,普及率超50%。
2026-10-13 09:58
加载更多