北京时间2019年5月16日凌晨，国际科学期刊《自然》（Nature）在线发布我国月球探测领域的一项重大发现。
中国科学院上海技术物理研究所为嫦娥四号任务玉兔二号巡视器研制了红外成像光谱仪（Visible and Near-infrared Imaging Spectrometer, VNIS）。利用VNIS月面原位光谱数据，中国科学院国家天文台、中国科学院上海技术物理研究所和中国科学院地球化学研究所三家单位在Nature上发表了题为 Chang’E-4 initial spectroscopic identification of lunar far-side mantle-derived materials的研究论文。
中国科学院国家天文台李春来研究员领导的研究团队利用嫦娥四号就位光谱探测数据，证明了月球背面南极-艾特肯盆地（SPA）存在以橄榄石和低钙辉石为主的深部物质，为解答长期困扰国内外学者的有关月幔物质组成的问题提供了直接证据，将为完善月球形成与演化模型提供支撑。
红外成像光谱仪是玉兔二号巡视器上唯一一台用于物质成分分析的有效载荷。VNIS采用凝视型时序扫描、声光分光的新型技术，克服月球表面低光照、宽温度等恶劣环境影响，同步实现轻小型、高性能与高可靠，满足科学应用对高精度定量化数据的需求。该仪器首次用于嫦娥三号，是当时国际上首台月面近距离就位光谱探测仪器，为保障嫦娥三号科学目标任务顺利完成，提供了宝贵的第一手科学数据。目前嫦娥四号红外成像光谱仪在已进行的五个月昼探测任务中，已经跟随玉兔二号对车辙、月表石块、微型撞击坑及溅射物、光度特性等进行了27次探测，有望产生更多科学成果。本研究论文仅利用VNIS在第一月昼任务期获取的2次原位光谱数据。
红外成像光谱仪与玉兔二号巡视器
附：文章解读
2019年1月3日，嫦娥四号探测器“定点、定时、精确”地着陆在月球背面预选着陆区冯卡门坑内。1月3日巡视器（玉兔2号）与着陆器分离，其上携带的红外成像光谱仪（VNIS）成功获取了着陆区两个探测点高质量光谱数据。
嫦娥四号第一月昼巡视器探测历程（a）嫦娥四号着陆区（b）玉兔二号巡视器第一月昼行进路线图（d）A探测点（CE4_0015）VNIS获得的600nm图像与地形地貌相机图像（c）S1探测点VNIS获得的600nm图像与地形地貌相机获取图像
国家天文台和仪器研制单位中科院上海技术物理所组成的研究团队通过对光谱数据的分析发现，CE-4着陆区月壤光谱的吸收特征与月球正面月海玄武岩质月壤光谱的吸收特征存在着显著差异，展现出低钙辉石的光谱特征，并暗示有大量橄榄石的存在，如下图所示。进一步的分析证实，CE-4着陆区月壤物质中橄榄石相对含量最高，低钙辉石次之，仅含有很少量的高钙辉石。这种矿物组合很可能代表了源于月幔的深部物质。
VNIS获取的第一月昼月表光谱反射率：(a)由VNIS获取的CE4_0015、CE4_0016，以及CE3_0008探测点REFF数据；(b)包络线去除后归一化反射率；(c)与(d)利用MGM拟合对CE4_0015、CE4_0016点进行低钙辉石LCP、高钙辉石HCP、橄榄石olivine解混。
对覆盖着陆区域的高分辨率遥感图像数据和高光谱数据的分析结果显示，着陆器和月球车位于玄武岩“平原”的撞击溅射物上，这些溅射物来自东北方向的芬森（FINSEN）撞击坑，如下图所示。40多亿年前SPA盆地形成时已将月壳减薄或完全剥离。FINSEN坑是由小天体撞击SPA盆地内部表面而形成，其犹如在SPA表面打的一口“深钻”一般，进一步将SPA盆地表面以下月球更深部物质挖掘出，产生的溅射物四处抛射，呈辐射线撒布在冯卡门撞击坑“平原”上。因此，CE-4 VNIS分析到的对象是FINSEN撞击坑挖掘、抛射到冯·卡门撞击坑表面的月幔物质。
Finsen撞击坑溅射物在冯卡门撞击坑中的分布
嫦娥四号探测器实现了人类历史上首次对月球背面的软着陆就位探测。基于探测数据的研究结果成功揭示了月球背面的物质组成，证实了月幔富含橄榄石的推论的正确性，加深了人类对月球形成与演化的认识。
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