嫦娥四号测月雷达：揭示月球背面地下浅层结构

　　中国科学院国家天文台研究员李春来、苏彦领导的科研团队在我国月球深空探测领域取得重大发现。该团队利用嫦娥四号玉兔二号月球车上搭载的测月雷达，揭示了月球背面着陆区域地下40米深度内的地质分层结构，发现地下物质由低损耗的月壤物质和大小不同的大量石块组成。这一研究成果对于了解撞击过程对月表的改造、火山活动规模与历史等具有重要意义。
 

　　北京时间2019年1月3日，嫦娥四号探测器在月球背面最古老且最大的南极–艾特肯(South Pole–Aitken)盆地内的冯卡门(Von Kármán)撞击坑底部成功着陆。冯卡门撞击坑形成于前酒海纪，中心位置为44.45°S, 176.3°E，直径约为186千米。坑内地形相对平坦，坑底被玄武岩填充，玄武岩表面相当一部分区域被周边大型撞击坑的溅射物所覆盖，并广泛分布着二次撞击坑。
 

　　登陆月球后，测月雷达就像给月球做B超一样，能将月壤厚度及浅层地质结构等窥视得一清二楚。不过它不是定点探测，而是“移动办公”。
 

　　当月球车移动时，测月雷达以收发天线共偏移点的方式工作，通过发射天线往月面下发射脉冲电磁波信号，电磁波信号在月壤或月岩中遇到分层等介电常数不连续的目标时会发生后向反射和散射，形成回波，被接收天线接收。科学家只需对接收到的回波信号进行处理，就可获得一幅地下目标的剖面图像。获得的连续剖面图像的纵坐标为电磁波的双程传播时间，横坐标为巡视器移动的距离。电磁波的传播速度确定后，探测深度就可由双程传播时间计算出来。
 

　　根据获得的物性参数和雷达图像，沿着月球车行走的106米的路径，在深度40米的范围内，识别出了三个不同次表层地层单元。第一单元为从月球表面到地下12米的细粒月壤，内嵌有少量石块，此月壤层形成于多个撞击坑互叠的溅射物之上，这些溅射物可能来自周边的芬森(Finsen)和冯卡门 L撞击坑等。第二单元从地下12米到24米，这是雷达图像上回波强度最大的区域，表明内部存在大量的石块，甚至形成了碎石层和碎石堆，说明溅射物的沉积不仅仅是地毯式的铺散，也会伴随着物质之间的剪切、混合、挖掘以及二次撞击坑结构扰动等复杂的地质过程。第三单元从地下24米到40米，雷达回波明暗交替变化，是不同时期、更古老的溅射物的沉积和风化产物。深度40米以下雷达信号微弱，高频通道雷达信号已无法推断其物质特性。结合区域地质历史，推测在嫦娥四号着陆点附近，完整的月海玄武岩覆盖在月表以下大于40米的深度。
 

　　测月雷达由发射机、天线、电控箱(含接收机、控制器)等几部分组成，包含两个通道，两通道的天线均为收发分置形式。第一通道发射天线和接收天线安装于月球车后部的顶板下侧，第二通道天线安装于月球车底部的底板下侧。
 

　　这项研究工作通过嫦娥四号测月雷达的直接就位测量，获得了月球背面地下浅层的第一张雷达图像、月表下物质的特性参数，以及溅射物内部地层序列。人类首次揭开了月球背面地下结构的神秘面纱，极大地提高了人们对月球撞击和火山活动历史的理解，并为月球背面的地质演化研究带来新的启示。