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，首次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。
测月雷达好比是一台给月球做CT的设备，它在1月4日早上9点29分35秒开始工作。此次由国家天文台领导的国内外学者的研究成果，是基于前两个月昼期间500 MHz的高频通道雷达所探测的数据。和嫦娥三号相比，嫦娥四号测月雷达高频通道的穿透深度是嫦娥三号的三倍多。研究团队计算分析了月球浅层物质的特性参数，包括电磁波在月表下物质中的传播速度、介电常数、密度、损耗角正切和钛铁含量等。
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。
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。
参考：C. Li el al., “The Moon’s farside shallow subsurface structure unveiled by Chang’E-4 Lunar Penetrating Radar,” Science Advances (2020). DOI: 10.1126/sciadv.aay6898
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