我國首次月球采樣返回任務(wù)嫦娥五號（CE-5）著陸于月球風(fēng)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(jìn)行大量研究，近期一系列樣品分析推進(jìn)了對于月球年代學(xué)、月球晚期火山活動和巖漿演化機(jī)制的認(rèn)識。與大尺度的遙感觀察和精細(xì)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(fēng)化作用提供了重要的數(shù)據(jù)支持。

中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心太陽活動和空間天氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用嫦娥五號LMS原位探測數(shù)據(jù)分析了著陸點(diǎn)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(shí)驗(yàn)室CE-5樣品化學(xué)分析和軌道光譜分析結(jié)果一致。火箭吹掃和鏟取采樣前后月壤光學(xué)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(diǎn)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(jìn)一步證實(shí)。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(fēng)化是無大氣天體上由微隕石撞擊和太陽風(fēng)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(diǎn)月壤的成熟度（圖3A、B），發(fā)現(xiàn)與CE-4著陸點(diǎn)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(jìn)一步計算了光學(xué)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(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（B類）、民用航空航天技術(shù)預(yù)研項目、中科院重點(diǎn)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(jī)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(biāo)、熱校正等預(yù)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(xué)院國家空間科學(xué)中心