嫦娥四號測月雷達(dá)揭開月球背面地下淺層結(jié)構(gòu)的面紗
潤澤科器 - 2020-03-23
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)動(dòng)態(tài)】中國科學(xué)院國家天文臺(tái)研究員李春來、蘇彥領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)在我國月球深空探測領(lǐng)域取得重大發(fā)現(xiàn)。該團(tuán)隊(duì)利用嫦娥四號玉兔二號月球車上搭載的測月雷達(dá)，揭示了月球背面著陸區(qū)域地下40米深度內(nèi)的地質(zhì)分層結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)地下物質(zhì)由低損耗的月壤物質(zhì)和大小不同的大量石塊組成。這一研究成果對于了解撞擊過程對月表的改造、火山活動(dòng)規(guī)模與歷史等具有重要意義。
北京時(shí)間2019年1月3日，嫦娥四號探測器在月球背面最古老且最大的南極–艾特肯(South Pole–Aitken)盆地內(nèi)的馮卡門(Von Kármán)撞擊坑底部成功著陸。馮卡門撞擊坑形成于前酒海紀(jì)，中心位置為44.45°S, 176.3°E，直徑約為186千米?？觾?nèi)地形相對平坦，坑底被玄武巖填充，玄武巖表面相當(dāng)一部分區(qū)域被周邊大型撞擊坑的濺射物所覆蓋，并廣泛分布著二次撞擊坑。
登陸月球后，測月雷達(dá)就像給月球做B超一樣，能將月壤厚度及淺層地質(zhì)結(jié)構(gòu)等窺視得一清二楚。不過它不是定點(diǎn)探測，而是“移動(dòng)辦公”。
當(dāng)月球車移動(dòng)時(shí)，測月雷達(dá)以收發(fā)天線共偏移點(diǎn)的方式工作，通過發(fā)射天線往月面下發(fā)射脈沖電磁波信號，電磁波信號在月壤或月巖中遇到分層等介電常數(shù)不連續(xù)的目標(biāo)時(shí)會(huì)發(fā)生后向反射和散射，形成回波，被接收天線接收?？茖W(xué)家只需對接收到的回波信號進(jìn)行處理，就可獲得一幅地下目標(biāo)的剖面圖像。獲得的連續(xù)剖面圖像的縱坐標(biāo)為電磁波的雙程傳播時(shí)間，橫坐標(biāo)為巡視器移動(dòng)的距離。電磁波的傳播速度確定后，探測深度就可由雙程傳播時(shí)間計(jì)算出來。
根據(jù)獲得的物性參數(shù)和雷達(dá)圖像，沿著月球車行走的106米的路徑，在深度40米的范圍內(nèi)，識(shí)別出了三個(gè)不同次表層地層單元。第一單元為從月球表面到地下12米的細(xì)粒月壤，內(nèi)嵌有少量石塊，此月壤層形成于多個(gè)撞擊坑互疊的濺射物之上，這些濺射物可能來自周邊的芬森(Finsen)和馮卡門 L撞擊坑等。第二單元從地下12米到24米，這是雷達(dá)圖像上回波強(qiáng)度最大的區(qū)域，表明內(nèi)部存在大量的石塊，甚至形成了碎石層和碎石堆，說明濺射物的沉積不僅僅是地毯式的鋪散，也會(huì)伴隨著物質(zhì)之間的剪切、混合、挖掘以及二次撞擊坑結(jié)構(gòu)擾動(dòng)等復(fù)雜的地質(zhì)過程。第三單元從地下24米到40米，雷達(dá)回波明暗交替變化，是不同時(shí)期、更古老的濺射物的沉積和風(fēng)化產(chǎn)物。深度40米以下雷達(dá)信號微弱，高頻通道雷達(dá)信號已無法推斷其物質(zhì)特性。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)歷史，推測在嫦娥四號著陸點(diǎn)附近，完整的月海玄武巖覆蓋在月表以下大于40米的深度。
測月雷達(dá)由發(fā)射機(jī)、天線、電控箱(含接收機(jī)、控制器)等幾部分組成，包含兩個(gè)通道，兩通道的天線均為收發(fā)分置形式。第一通道發(fā)射天線和接收天線安裝于月球車后部的頂板下側(cè)，第二通道天線安裝于月球車底部的底板下側(cè)。
這項(xiàng)研究工作通過嫦娥四號測月雷達(dá)的直接就位測量，獲得了月球背面地下淺層的第一張雷達(dá)圖像、月表下物質(zhì)的特性參數(shù)，以及濺射物內(nèi)部地層序列。人類首次揭開了月球背面地下結(jié)構(gòu)的神秘面紗，極大地提高了人們對月球撞擊和火山活動(dòng)歷史的理解，并為月球背面的地質(zhì)演化研究帶來新的啟示。
資料來源：國家天文臺(tái)、中國科學(xué)報(bào)
