玉兔二號巡視器已在月球表面工作了超過40個月晝，其搭載的紅外成像光譜儀（VNIS）隨著巡視器的行走路線已測得多個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)和觀測條件等因素都會影響光譜特征，并導(dǎo)致由月球表面光譜數(shù)據(jù)計算得到的礦物成分存在很大不確定性。
為了定量評估不同VNIS數(shù)據(jù)處理方法的可靠性，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所地球與行星物理院重點實驗室博士生常睿在導(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-輝長巖進行光譜地面驗證實驗（圖1）。
圖1（a）嫦娥四號第3月晝探測的月表巖石圖像；（b）月表巖石的光譜探測狀態(tài)（黃色圓圈代表近紅外波段光譜探測視場）；（c）本研究地面驗證實驗使用的巖石（CR-1）
地面驗證實驗研究的巖石（CR-1）由掃描電鏡測得其實際礦物模式含量為12.9%橄欖石、35.0%輝石和52.2%斜長石。為了更準確計算CR-1的光譜結(jié)果，研究者將CR-1中的橄欖石、低鈣輝石、高鈣輝石和斜長石從巖石樣品中研磨并分選出來，由地物光譜儀（TerraSpec-4，ASD）測得各單礦物的可見-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）嫦娥四號第3月晝所測巖石與CR-1的VNIS測得光譜
由VNIS鑒定件測得的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巡視器上VNIS在第3月晝探測到的巖石的吸收特征相似。CR-1的VNIS光譜用Hapke模型計算出樣品中礦物模式含量為7.5%橄欖石、39.3%輝石和53.2%斜長石，與其真實結(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)對嫦娥四號月表數(shù)據(jù)的光度校正，玉兔二號巡視器在第3月晝探測到的巖石更準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%斜長石。
兩月表巖石在“斜長巖-蘇長巖-橄長巖”（Anorthosite-Norite-Troctolite, ANT）體系中均屬于蘇長巖范疇（圖3）(Heiken G, 1991)。這意味嫦娥四號著陸區(qū)月壤下的巖層主要為ANT巖石。玉兔二號巡視器在第26月晝探測到的巖石含有更多的斜長石，且更接近平均月殼的礦物組成。
圖3 嫦娥四號測得月表巖石中橄欖石-輝石-斜長石礦物組成分布（Heiken G, 1991）。圖中標注了月球樣品采樣點，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，嫦娥四號著陸區(qū)域的月球表面存在蘇長質(zhì)和斜長質(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（XDB 41000000），中科院重點部署項目（ZDBS-SSWJSC007-15），中科院創(chuàng)新交叉團隊，國家航天局民用航天預(yù)先研究項目(No. D020203)以及中科院地質(zhì)與地球物理研究所重點部署項目（No. IGGCAS-202101）的資助。
美編：陳菲菲
校對：張騰飛 姜雪蛟
