我國首次月球采樣返回任務嫦娥五號（CE-5）著陸于月球風暴洋北部年輕的克里普（KREEP）地體，成功帶回1.73kg月壤。前人利用軌道遙感數(shù)據(jù)對CE-5著陸區(qū)的地形地貌和物質(zhì)成分進行大量研究，近期一系列樣品分析推進了對于月球年代學、月球晚期火山活動和巖漿演化機制的認識。與大尺度的遙感觀察和精細的樣品分析不同，原位光譜探測可提供采樣區(qū)的局部背景信息，有利于探索未擾動和擾動狀態(tài)的月壤特性。CE-5著陸器攜帶的月球礦物光譜儀（LMS）獲取了月壤的可見-紅外反射光譜，為探究月壤物質(zhì)成分和太空風化作用提供了重要的數(shù)據(jù)支持。

中國科學院國家空間科學中心太陽活動和空間天氣重點實驗室利用嫦娥五號LMS原位探測數(shù)據(jù)分析了著陸點月壤的物質(zhì)成分和成熟度，光譜參數(shù)和解混研究表明月壤中鐵鎂質(zhì)礦物主要為單斜輝石，這與實驗室CE-5樣品化學分析和軌道光譜分析結(jié)果一致?；鸺祾吆顽P取采樣前后月壤光學成熟度和亞微觀鐵（SMFe）未發(fā)生明顯變化，本研究為月壤表層經(jīng)歷了快速翻耕和充分混合作用提供了光譜證據(jù)。

1μm和2μm的吸收特征的光譜參數(shù)圖（圖2A）顯示，隨著鈣含量增加，輝石在1μm和2μm的吸收位置向長波方向移動，CE-5著陸點的月壤和石塊為高鈣輝石，這在1μm吸收中心和2μm與1μm吸收面積比值投圖（圖2B）得到進一步證實。本研究利用Hapke模型和稀疏解混算法反演得到原位光譜的礦物成分及其豐度，反演結(jié)果與CE-5樣品的分析結(jié)果以及軌道遙感的反演結(jié)果一致（圖2C）。

太空風化是無大氣天體上由微隕石撞擊和太陽風注入引起的光譜紅化和暗化的普遍現(xiàn)象。研究利用光譜斜率R950/R750和R1600/R700分別與R750與R700的投圖定性分析CE-5著陸點月壤的成熟度（圖3A、B），發(fā)現(xiàn)與CE-4著陸點月壤相比，CE-3和CE-5著陸區(qū)的月壤相對更不成熟，這可能與CE-3和CE-5著陸于年輕的撞擊坑濺射毯（<100 Ma）上有關(guān)。研究進一步計算了光學成熟度（OMAT，圖3C）和亞微觀鐵（SMFe，圖3D）含量，發(fā)現(xiàn)火箭吹掃前后及鏟取前后月壤成熟度沒有發(fā)生顯著變化，表明CE-5著陸區(qū)月壤在鏟取深度（<3cm）以內(nèi)經(jīng)歷過等效的暴露歷史。這與Apollo鉆取樣品的放射性核素分析結(jié)果以及月壤翻耕模型模擬結(jié)果相吻合。該研究為月壤表層經(jīng)歷了快速翻耕和充分混合作用提供了光譜證據(jù)。

相關(guān)研究成果發(fā)表在Earth and Planetary Science Letters上。研究工作得到國家自然科學基金、中科院戰(zhàn)略性先導科技專項（B類）、民用航空航天技術(shù)預研項目、中科院重點部署項目和空間中心“攀登計劃”等的支持。

圖1.LMS光譜數(shù)據(jù)的測量視場如紅框所示（A），全景相機展示了月壤（B）、石塊的影像（C）和LMS反射光譜曲線（D）。（A）紅框顯示了LMS光譜數(shù)據(jù)的觀測視場，其中D11為石塊，D14-D16為鏟取后的月壤光譜。月壤和石塊放大的影像如（B）、（C）所示，（D）展示了經(jīng)過輻射定標、熱校正等預處理后的反射光譜曲線。

圖2.LMS原位光譜成分分析

圖3.LMS原位光譜成熟度分析

來源：中國科學院國家空間科學中心