玉兔二號(hào)巡視器已在月球表面工作了超過(guò)40個(gè)月晝，其搭載的紅外成像光譜儀（VNIS）隨著巡視器的行走路線已測(cè)得多個(gè)位置的紅外成像光譜數(shù)據(jù)。VNIS是用于研究著陸區(qū)月壤和月表巖石成分并追溯其來(lái)源的主要方法。然而，太空風(fēng)化、顆粒大小與多次散射、儀器的光譜響應(yīng)和觀測(cè)條件等因素都會(huì)影響光譜特征，并導(dǎo)致由月球表面光譜數(shù)據(jù)計(jì)算得到的礦物成分存在很大不確定性。
為了定量評(píng)估不同VNIS數(shù)據(jù)處理方法的可靠性，中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所地球與行星物理院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士生常睿在導(dǎo)師楊蔚研究員、林紅磊副研究員的指導(dǎo)下，選擇了一塊礦物組成與月球高地巖石相似的蘇長(zhǎng)-輝長(zhǎng)巖進(jìn)行光譜地面驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)（圖1）。
圖1（a）嫦娥四號(hào)第3月晝探測(cè)的月表巖石圖像；（b）月表巖石的光譜探測(cè)狀態(tài)（黃色圓圈代表近紅外波段光譜探測(cè)視場(chǎng)）；（c）本研究地面驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)使用的巖石（CR-1）
地面驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)研究的巖石（CR-1）由掃描電鏡測(cè)得其實(shí)際礦物模式含量為12.9%橄欖石、35.0%輝石和52.2%斜長(zhǎng)石。為了更準(zhǔn)確計(jì)算CR-1的光譜結(jié)果，研究者將CR-1中的橄欖石、低鈣輝石、高鈣輝石和斜長(zhǎng)石從巖石樣品中研磨并分選出來(lái)，由地物光譜儀（TerraSpec-4，ASD）測(cè)得各單礦物的可見-近紅外光譜結(jié)果（如圖2a），單礦物均具有各自的光譜吸收特征。
圖2 （a）CR-1中單礦物可見-近紅外光譜；（b）嫦娥四號(hào)第3月晝所測(cè)巖石與CR-1的VNIS測(cè)得光譜
由VNIS鑒定件測(cè)得的CR-1的光譜在971（ 1）nm和1957（ 8）nm波段處表現(xiàn)出明顯的吸收特征（圖2b）。這一吸收特征與玉兔二號(hào)巡視器上VNIS在第3月晝探測(cè)到的巖石的吸收特征相似。CR-1的VNIS光譜用Hapke模型計(jì)算出樣品中礦物模式含量為7.5%橄欖石、39.3%輝石和53.2%斜長(zhǎng)石，與其真實(shí)結(jié)果在誤差范圍內(nèi)一致。
根據(jù)該研究中的數(shù)據(jù)處理方法并結(jié)合Yang et al.(2020)對(duì)嫦娥四號(hào)月表數(shù)據(jù)的光度校正，玉兔二號(hào)巡視器在第3月晝探測(cè)到的巖石更準(zhǔn)確的礦物模式含量應(yīng)為11.7%橄欖石、42.8%輝石和45.5%斜長(zhǎng)石。巡視器在第26月晝又發(fā)現(xiàn)一塊狀月表巖石，其光譜吸收特征與第3月晝發(fā)現(xiàn)巖石的類似，其中礦物模式含量為3.2%橄欖石、24.6%輝石和72.2%斜長(zhǎng)石。
兩月表巖石在“斜長(zhǎng)巖-蘇長(zhǎng)巖-橄長(zhǎng)巖”（Anorthosite-Norite-Troctolite, ANT）體系中均屬于蘇長(zhǎng)巖范疇（圖3）(Heiken G, 1991)。這意味嫦娥四號(hào)著陸區(qū)月壤下的巖層主要為ANT巖石。玉兔二號(hào)巡視器在第26月晝探測(cè)到的巖石含有更多的斜長(zhǎng)石，且更接近平均月殼的礦物組成。
圖3 嫦娥四號(hào)測(cè)得月表巖石中橄欖石-輝石-斜長(zhǎng)石礦物組成分布（Heiken G, 1991）。圖中標(biāo)注了月球樣品采樣點(diǎn)，例如：A-11是Apollo 11，L-16是Luna 16，(H)和(M)分別表示高地和月海月壤
綜上所述，嫦娥四號(hào)著陸區(qū)域的月球表面存在蘇長(zhǎng)質(zhì)和斜長(zhǎng)質(zhì)的石塊，分別代表了撞擊熔融池中快速結(jié)晶形成的物質(zhì)與平均月殼的成分。一方面，有撞擊事件將月壤下伏層位物質(zhì)挖掘至月球表面，這些被挖掘出來(lái)的物質(zhì)具有南極艾特肯盆地（the South Pole Aitken, SPA）熔融池結(jié)晶深成巖的特征。另一方面，形成于SPA大撞擊事件前的初始月殼物質(zhì)也可以保留在SPA中。
研究成果發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊 Remote Sensing（常睿，楊蔚*，林紅磊，徐睿，芶盛，王蓉，林楊挺. Lunar Terrestrial Analog Experiment on the Spectral Interpretations of Rocks Observed by the Yutu-2 Rover [J]. Remote Sensing. 2022, 14, 2323. https://doi.org/10.3390/rs14102323）。研究受中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)（XDB 41000000），中科院重點(diǎn)部署項(xiàng)目（ZDBS-SSWJSC007-15），中科院創(chuàng)新交叉團(tuán)隊(duì)，國(guó)家航天局民用航天預(yù)先研究項(xiàng)目(No. D020203)以及中科院地質(zhì)與地球物理研究所重點(diǎn)部署項(xiàng)目（No. IGGCAS-202101）的資助。
美編：陳菲菲
校對(duì)：張騰飛 姜雪蛟
