近日，红外科学与技术全国重点实验室王芳青年研究员、何志平研究员等，联合同济大学、山东大学、中国科学院地球化学研究所，利用嫦娥六号任务带回来的首个珍贵月球背面样品实测数据，融合月球轨道高分辨率可见-近红外多波段光谱成像数据，建立了基于残差卷积神经网络（Res-CNN）的月球化学成分智能反演框架，构建出全球首套融合月球背面实地真值的高精度月球全球主要氧化物含量分布图，攻克了长期以来月球背面化学成分反演缺乏实地数据约束的难题，揭示了月球南极-艾肯盆地深部物质暴露特征与月球背面地体的组成规律，为深入解析月球地质演化历史、指导未来月球探测工程着陆点选择提供了高精度定量科学支撑。相关成果以《Refined lunar global chemistry mapping using farside ground truth information gathered by Chang'e-6》为题发表于《自然-传感》上（Nature Sensors, 2026, doi:10.1038/s44460-025-00021-z）,并获选为该期刊创刊第三期的封面文章（Cover Image）。
月球表面化学元素的全球分布特征解析，是探索月球内部壳幔结构、岩浆演化过程与地质历史的核心途径，对理解地月系统的形成与发展具有不可替代的科学价值。此前，月球表面元素丰度的遥感反演与制图研究，主要依赖于美国阿波罗（Apollo）、苏联月球（Luna）以及我国嫦娥五号等月球近地侧采样返回任务的实测数据进行校准，导致占月球总面积近一半的月球背面处于“观测盲区”。由于缺乏实地采样的“真值”约束，现有的遥感反演模型在处理月球背面复杂地形和特殊矿物组成时往往存在较大偏差，尤其是作为月球地质特征最丰富区域的南极 - 艾肯盆地，其深部物质组成、地壳演化过程等关键科学问题始终缺乏精准的定量数据支撑。
2024年，嫦娥六号任务成功从月球南极-艾肯盆地带回1935.3克月壤样本，成为人类首次实现月球背面采样返回，为填补月球背面地质研究空白提供了独一无二的实测数据。本次研究中，科研团队以此为核心，经过多学科联合攻关，将嫦娥六号从月球背面带回的关键“月面真值”，结合月球轨道高分辨率可见-近红外多波段光谱成像数据，嵌入残差卷积神经网络（Res-CNN）反演模型。基于模型微调（Fine-tuning）策略，在有限样本条件下，精准捕捉光谱数据与元素含量之间的高度非线性关系，解决了传统模型易过拟合、鲁棒性不足的难题，实现了对全球尺度下氧化物反演精度的大幅提升。基于这种“AI+遥感”的方法，团队精确重构了铁（Fe）、钛（Ti）、铝（Al）、镁（Mg）、钙（Ca）、硅（Si）六大主量元素氧化物及镁指数（Mg#）的全球分布，清晰刻画了月球表面三大地球化学区（月海、高地、南极 - 艾肯盆地）的元素分布特征。该成果首次定量揭示了月球背面高地中镁质斜长岩和镁质岩套的出露比例远高于近地侧，为月球岩浆洋结晶分化的南北半球不对称性假说提供了新的实测证据，精准划定了南极-艾肯盆地镁质辉石环和铁质异常区的边界，证明了南极-艾肯盆地撞击事件挖掘并暴露了更广泛的深部镁质物质。
这套高精度制图犹如一张“月球藏宝图”，充分彰显了嫦娥六号采样返回任务的重大科学价值，首次将月球背面的实地实测数据融入全球化学制图，填补了月球背面地质研究的关键数据空白，不仅深化了人类对月球壳幔结构、南北半球演化分异、南极-艾肯盆地形成与演化等核心科学问题的理解，还为未来月球着陆点选择、月球资源勘探和深空探测任务规划提供了高精度的定量化学指导，为我国后续月球探测工程的实施奠定了坚实的科学基础。
该成果获得国家自然科学基金委创新研究群体项目、优秀青年科学基金项目、中国科学院B类先导专项等项目支持，是典型的“理工融合、科教协同”的结晶。上海技物所胡伟达/王芳、何志平团队利用嫦娥六号月球矿物光谱分析仪采集了月表采样区原位光谱数据，实现了对月表物质组成的精确探测，为高价值采样点的选取提供了关键依据，同时利用智能光谱特征提取巧妙抑制了月球表面复杂的空间风化效应干扰，确保了月背物质成分反演的物理真实性与数据可靠性。同济大学童小华院士团队在深空探测测绘遥感领域拥有国际领先的学术地位，山东大学陈剑教授与中国科学院地化所王俊涛研究员则在月球地质演化与矿物学领域具备深厚的理论造诣。该成果这种跨越光电探测、空间测绘、人工智能与行星地质的多学科交叉模式，不仅打破了单一学科的认知局限，更展示了我国在深空探测数据综合应用领域的强大综合实力。
青年研究员王芳为本文的通讯作者之一，她长期致力于红外探测及其智能遥感应用研究，深耕天基与地外天体光谱数据的深度解译，带领学生石绪明等基于可持续发展卫星的热红外通道数据，结合层次特征注意力网络机制，实现对海上船舶目标的精准探测与定位（Remote Sensing of Environment, 328, 114842）。
未来，研究团队将继续聚焦空天红外光谱感知与智能遥感研究，以数据为纽带，以智能为引擎，进一步挖掘空天红外海量数据的科学价值，从地球生态环境监测、资源精准探查，到地外资源勘探，让红外科学与技术成为探索地球与宇宙的“精准慧眼”，为践行国家双碳战略、推动可持续发展、助力深空探测工程落地提供坚实的技术支撑与实际解决方案。
新一代月表主要氧化物含量分布填图
月球正面与背面Mg#分布揭示其不对称性
嫦娥六号光谱仪仿真实验
供稿：王芳
编辑：虞慧娴
附件下载：
新闻动态
