来源：地质地球所  发布日期：2019-11-22

　　基于玉兔2号在前三个月昼对月球背面多处月壤和一块石块的可见-红外光谱探测数据，中科院地质与地球物理研究所林杨挺研究员团队发现，所探测石块为橄榄石苏长岩，很可能是在撞击形成的岩浆湖中经分异结晶而形成。

　　1.背景及意义

　　根据月球岩浆洋假说，月球形成之后被～800 km厚的全球性硅酸盐岩浆覆盖，然后通过分异结晶，形成了矿物组成分层的月幔和月壳，自下而上分别为富镁橄榄石、斜方辉石、含钙辉石和斜长石等。晚期结晶的物质位于上层，但由于富含铁、钛，密度较大，有可能因重力失衡而下沉，从而引发物质翻转，改变了月幔的原始分层结构。因此，探测月球深部的组成对于限定月球的形成历史至关重要。

　　位于月球背面的南极-艾肯（SPA）盆地深达13公里，正是探测月球下月壳甚至上月幔的天然窗口。它又是月球上最古老的撞击盆地，对于认识月球-地球系统的早期撞击历史也具有重要意义。正因如此，嫦娥四号探测器选择在SPA盆地着陆，并开展探测，这是人类对月球深部物质和SPA盆地构造的第一次就位探测（图1）。

图1 嫦娥四号探测器着陆区地质背景及玉兔2号月球车前三月昼行进路线。着陆区的月壤均匀，石块很少

　　2.9处月壤和1块岩石

　　在工作的前三个月昼，玉兔2号月球车搭载的可见-红外成像光谱仪沿巡视路径，对9个位置月壤和1块石块进行了光谱探测。基于这些光谱数据，可以解译出它们的矿物组成、太空风化程度等信息（图2）。

　　研究发现，巡视区的月壤成分较为均匀，主要由辉石、长石和熔融胶结物等组成，含少量橄榄石，其中辉石以低钙辉石为主。由于着陆区的月壤很可能从东北方向的芬森（Finsen）撞击坑抛射过来，该成分代表了芬森坑挖掘的SPA盆地的基底物质。

　　但是，由月壤光谱数据反演得到的组成很难对SPA盆地原始基底岩石的特征做更多限定。一方面，岩石粉碎成月壤后，原有岩石结构信息基本被破坏；另一方面，月壤形成过程中的强烈太空风化，产生了撞击熔融玻璃和纳米铁等，并很大程度抹除了矿物的光谱特征，给矿物组成估算带来显著的不确定性。

　　除月壤之外，玉兔2号首次对月球表面的石块进行了原位光谱测定。该石块大于20 cm，落在月壤表面。根据玉兔2号搭载的高分辨相机拍摄的图像（空间分辨率约为0.6 mm/像素），该石块表面无法清楚地看出颗粒，表明石块的矿物颗粒较细，属于中等-细粒的岩石结构，可能是从较浅的岩浆中快速结晶形成的。该石块的光谱特征与月壤相似，表明二者可能是同源物质。但是，石块的矿物吸收峰很明显，可给出比月壤更可靠的矿物组成，包括38.1±5.4%低钙辉石、13.9±5.1% 橄榄石和48.0±3.1% 斜长石，并据此划分为橄榄石苏长岩。

图2  玉兔2号携带的可见-红外成像光谱仪在任务期间前三个月昼所测图像和光谱

　　3.石块中的月球往日

　　这块“月球石头”中的矿物颗粒较小，所以它不可能是在月球深部缓慢结晶形成的深成岩。也就是说，它不是下月壳或上月幔的原始岩石。据研究者分析，在陨石撞击形成SPA盆地的过程中，巨大的撞击能量使下月壳与上月幔的物质发生混合熔融，在SPA盆地中形成了一个岩浆湖，而这块石头以及与之同源的月壤母岩，很可能就是从这个岩浆湖中分异结晶而成的。

　　这一分析与SPA盆地的撞击模拟一致。模拟表明，SPA盆地尺度的撞击事件将产生直径840 km的瞬态空腔和深度约50 km的岩浆湖。芬森坑和嫦娥四号着陆区均位于该岩浆湖的边缘。这与玉兔2号看到的石块呈中细粒结构相一致。　　

　　研究成果发表于NSR。（林红磊, 何志平, 杨蔚, 林杨挺*, 徐睿, 张弛, 祝梦华, 常睿, 张金海, 李春来, 林宏宇, 刘洋, 芶盛, 魏勇, 胡森, 薛长斌, 杨建峰, 钟杰, 付晓辉, 万卫星, 邹永廖. Olivine-norite rock detected by the lunar rover Yutu-2 likely crystallized from the SPA impact melt pool[J]. National Science Review, 2019. DOI: 10.1093/nsr/nwz183）（原文链接）