我國首次月球采樣返回任務(wù)嫦娥五號(hào)（CE-5）著陸于月球風(fēng)暴洋北部年輕的克里普（KREEP）地體，成功帶回了1731克月壤。

【資料圖】

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)行了大量的研究，近期，一系列樣品分析推進(jìn)了對月球年代學(xué)、月球晚期火山活動(dòng)和巖漿演化機(jī)制的認(rèn)識(shí)。與大尺度的遙感觀察和精細(xì)的樣品分析不同，原位光譜探測不僅可以提供采樣區(qū)的局部背景信息，也有利于研究未擾動(dòng)和擾動(dòng)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，為研究月壤物質(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（以下簡稱“空間中心”）太陽活動(dòng)和空間天氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究人員利用嫦娥五號(hào)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）并未發(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)。

圖1：（A）LMS光譜數(shù)據(jù)的測量視場如紅框所示。全景相機(jī)分別展示了（B）月壤和（C）石塊的影像。（D）LMS反射光譜曲線。

圖1A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圖1B，C所示，圖1D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。

通過1μm和2μm的吸收特征的光譜參數(shù)圖（圖2A）發(fā)現(xiàn)，隨著鈣含量增加，輝石在1 μm和2 μm的吸收位置向長波方向移動(dòng)，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）。

圖2 ：LMS原位光譜成分分析

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。

首先利用光譜斜率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)。

本研究進(jìn)一步計(jì)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，以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。

這一結(jié)果與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。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)。

圖3：LMS原位光譜成熟度分析

上述研究成果

已成功發(fā)表于國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊

Earth and Planetary Science Letters上。