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 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 大陆海事部门在台湾海峡西侧水域开展联合巡航

  • 陕西清涧寨沟遗址

独家策划

推荐阅读
万兆元年,谁来领航?是更智慧AI,是更领先的Advance,是刷新极限的速度,还是升级多维的体验?中国移动5G-A商用发布会,重新定义数智新时代,邀您共同见证!3月28日15:00-16:00
2024-03-28 12:36
作为中国大科学装置之一,高能同步辐射光源是由中国科学院、北京市共建的怀柔科学城大科学装置集群的核心装置。
2024-03-28 09:54
2022年8月15日,国际天文学联合会小天体命名工作组发布公告,将国际永久编号为192353号的小行星命名为“王大中星”。围绕大学的根本任务是育才造士这一核心要义,王大中归纳并紧抓建设一流大学的三大要素:大师、大楼和大学精神。
2024-03-28 09:34
坎潘特强调,最新观测表明,精确的星震学技术可用于探测表面温度低至4200℃(比太阳表面低约1000℃)的矮星,为天体物理观测开辟了一个新领域。这一最新结果表明,星震学技术有望详细表征这些恒星及其宜居行星的细节,而精确确定附近冷矮星的年龄对于阐释系外行星上发现的生物特征可能至关重要。
2024-03-28 09:33
记者从自然资源部3月27日召开的例行新闻发布会上获悉:今年是极地考察40周年,自然资源部将开展一系列活动纪念这一重要时间节点。7月北极黄河站建站20周年时,在黄河站举办招待会、研讨会等相关活动,中国第四十一次南极考察期间将在长城站、中山站举行招待会、研讨会等相关活动,“雪龙”号、“雪龙2”号船停靠外港时举行公众开放日活动。
2024-03-28 09:32
联合国教科文组织执行局27日批准18处地质公园列入世界地质公园网络名录,其中包括中国的6个地质公园,分别是长白山世界地质公园、恩施大峡谷-腾龙洞世界地质公园、临夏世界地质公园、龙岩世界地质公园、武功山世界地质公园、兴义世界地质公园。
2024-03-28 09:31
据介绍,除了服务于中国探月工程四期,后续鹊桥二号中继星还可为国内外月球探测提供中继通信支持。
2024-03-28 09:25
涂白防虫、修剪树枝、引水灌溉……每当春天到来,在祖国西北边陲新疆托里县老风口,生态造林工作就紧锣密鼓地开始了。
2024-03-27 10:22
今年我国纪念“世界水日”“中国水周”的活动主题为“精打细算用好水资源,从严从细管好水资源”。
2024-03-27 10:21
在齐齐哈尔市甘南县宝山乡巨宏村,村民苑忠国正在准备春耕,多年来通过参与县里的培训,春耕物资的采购对他来说已是轻车熟路。
2024-03-27 10:20
在开展调查监测,评估新污染物环境风险状况方面,《行动方案》提出建立化学物质环境信息调查制度、建立新污染物环境调查监测制度、建立化学物质环境风险评估制度、动态发布重点管控新污染物清单等具体措施。
2024-03-27 10:18
一群“麦哲伦”式的实验物理学家正在高能物理的版图上开疆拓土。而玻色子的发现,正在指向新的“盛宴”。
2024-03-27 10:16
作为古生物学家,徐星是中国科学院院士、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员,同时也是云南大学教授,主要从事中生代陆相脊椎动物化石及地层学研究。
2024-03-27 10:15
近期,12P/Pons-Brooks彗星(以下简称12P彗星)成为全球瞩目的对象,我国不少天文爱好者成功观测并拍摄到这位“天外来客”。
2024-03-26 03:25
日前,中办、国办印发《关于加强生态环境分区管控的意见》(以下简称《意见》),明确提出到2025年,生态环境分区管控制度基本建立,全域覆盖、精准科学的生态环境分区管控体系初步形成。
2024-03-26 03:20
眼下正值春耕备耕的关键阶段,突如其来的天气变化,是否会对春耕、农作物造成影响?
2024-03-26 10:16
3月24日是世界防治结核病日。南开大学饶子和院士团队与上海科技大学免疫化学研究所张璐研究员团队合作,首次揭示了抗结核新靶标Rv3806c的冷冻电镜三维结构。
2024-03-26 10:16
25日,中国海油发布消息,我国在渤海超5000米的地层钻探发现一口高产油气井,测试日产油气当量近1400立方米,创造了我国海上深层油气探井日产最高纪录。
2024-03-26 10:15
“绝对安全”的通信是千百年来人类的梦想之一,从摩斯电码到电报、传真,从移动电话到网络通信,通信技术的发展同时带来了各类安全隐患,与通信安全相关的技术一直是科技界、产业界的重点攻关方向。
2024-03-25 10:47
记者从中国科学院近代物理研究所获悉,该所研制的中国超重元素研究加速器装置(CAFE2)取得重大突破,成功实现了14.8粒子微安流强、224兆电子伏能量的束流在靶稳定运行,创造了国际同类装置运行束流参数的最高流强纪录。
2024-03-25 10:07
加载更多