近日，我校黄俊副教授和肖龙教授所在的行星地质学团队，联合美国普渡大学，夏威夷大学，中科院上海技术物理所，中科院西安光学精密机械研究所，中科院光电技术研究所，中国空间技术研究院(第五研究院)北京空间机电研究所，北京航天飞行控制中心等国内外合作者，在国际地学领域专业期刊《Geology》发表了题为《Diverse rock types detected in the lunar South Pole–Aitken Basin by the Chang’E-4 lunar mission》的学术论文，报道了我国嫦娥四号探测器在月球背面南极-艾特肯盆地冯·卡门撞击坑中的着陆巡视区发现的斜长岩、苏长岩等多种岩石类型，揭示了古老深部月壳的成分特征。研究结果否定了早先报道的玉兔2号月球车发现了富含橄榄石的月幔物质的认识。
月球南极-艾特肯盆地是太阳系中已知的最大撞击构造，前人认为其挖掘出了月球深部地壳或上月幔的物质。冯·卡门撞击坑，直径约186公里，位于艾特肯盆地的西北部，形成于前酒海纪。冯·卡门撞击坑底部被一次或数次的月海玄武岩淹没，这些玄武岩上部覆盖了多个撞击坑的溅射物。嫦娥四号是第一个在月球背面着陆和进行表面巡视探测的人造探测器，具有里程碑式的意义。
图1 冯卡门地区遥感影像。红色十字标示出嫦娥四号着陆点（Huang et al., 2020）。
该团队利用嫦娥四号的可见-近红外光谱仪，降落相机，地形地貌相机，全景相机发现了着陆巡视区内多种岩石类型，包括苏长斜长岩、苏长岩和辉长岩等。在第三个月昼，月兔2号月球车发现了一堆碎石块（图2），并对其中的一块岩石（“奇缘”）进行了光谱探测。
图2 玉兔2号获得的“奇缘”岩石的图像
这是人类首次获得月表岩石的可见光-近红外反射光谱（图3）。团队成员进行了详细的光谱分析，并对比美国阿波罗样品光谱特征，发现其主要矿物组成为斜长石和辉石，次要组成为橄榄石（含量小于4%）苏长岩。“奇缘”很可能是冯卡门撞击坑东北方向的芬森撞击坑的溅射物，代表了南极-艾特肯盆地挖掘暴露的深部月壳物质。研究结果对于限定古老月壳的矿物组成具有重要意义。
图3 玉兔2号月球车获得的岩石“奇缘”的光谱及其分析结果（Huang et al., 2020）
该团队在2018年5月，利用影像、地形和光谱数据，对冯·卡门撞击坑内着陆区进行了详细的地质分析，主要研究结果为：根据撞击坑的大小频率分布，冯·卡门撞击坑内月海单元的绝对模式年龄为36亿年左右。着陆区域的地形基本平坦。着陆区内风化层厚度估计为约2.5-7.5米。二次撞击坑及其溅射物覆盖了月海单元的大部分区域，根据优先空间定向和横切关系，可以至少追溯到四个源撞击坑。广泛分布的蜿蜒的皱脊和凹槽，在空间上与织女撞击坑(直径约4公里)有关，但其起源还有争议。利用冯·卡门坑底不同大小撞击坑的溅射物的反射光谱信息，以及上述月壤厚度的估算和撞击坑统计的绝对模式年龄，该团队提出了一个可以通过嫦娥四号月球车的探地雷达数据进行测试的着陆区地层剖面图（图3）。成果发表在国际行星科学主流期刊Journal of Geophysical Research-Planets发表，受到了国内外同行的广泛关注，是JGR-Planets 2017-2018年度下载量前20的论文。
图4 冯·卡门撞击坑内嫦娥四号着陆巡视区地层序列（Huang et al., 2018）
论文信息：
Jun Huang*, Zhiyong Xiao*, Long Xiao*, Briony Horgan, Xiaoyi Hu, Paul Lucey, Xiao Xiao, Siyuan Zhao, Yuqi Qian, Hao Zhang, Chunlai Li, Rui Xu, Zhiping He, Jianfeng Yang, Bin Xue, Qi He, Jie Zhong, Hongyu Lin, Changning Huang, Jianfeng Xie; Diverse rock types detected in the lunar South Pole–Aitken Basin by the Chang’E-4 lunar mission. Geology doi: https://doi.org/10.1130/G47280.1
Huang, J., Xiao, Z., Flahaut, J., Martinot, M., Head, J., Xiao, X., et al. ( 2018). Geological characteristics of Von Kármán crater, northwestern South Pole‐Aitken Basin: Chang’E‐4 landing site region. Journal of Geophysical Research: Planets, 123, 1684– 1700. https://doi.org/10.1029/2018JE005577