孟治國，李翠，平勁松，黃倩，蔡占川，Alexander Gusev

（1.吉林大學(xué) 地球探測科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，長春 130026；2.中國科學(xué)院 遙感與數(shù)字地球研究所 遙感科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101；3.澳門科技大學(xué) 月球與行星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，澳門 999078；4.中國科學(xué)院 國家天文臺 月球與深空探測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012；5.中國地質(zhì)大學(xué) 地球物理與空間信息學(xué)院 地球內(nèi)部多尺度成像湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430074；6.喀山聯(lián)邦大學(xué) 地質(zhì)研究所，俄羅斯 喀山 420008）

0 引 言

月球背面南極–艾肯（South Pole-Aitken，SPA）盆地內(nèi)的馮·卡門撞擊坑，是預(yù)定于2018年后在月球背面開展探測的“嫦娥4號”著陸和巡視任務(wù)的優(yōu)先級較高的候選著陸區(qū)，這將是人類首次在月球背面的軟著陸和巡視勘察，在月球科學(xué)探測領(lǐng)域具有極為重要的歷史和現(xiàn)實(shí)意義[1]。

SPA的緯度位于40°S～60°S，中心經(jīng)度位于180°附近，直徑達(dá)2 600 km，是太陽系中規(guī)模最大、最古老的撞擊盆地[2-3]。有關(guān)SPA盆地的物質(zhì)成分分布以及盆地的形成和演化一直以來都是科學(xué)界研究的熱點(diǎn)和爭論的焦點(diǎn)[4-7]。基于Clementine、Kaguya和Chandrayaan Moon Mineralogy Mapper（M3）等數(shù)據(jù)的觀測，在SPA大盆地中還發(fā)現(xiàn)一些小范圍分布的橄欖石、斜長石、尖晶石和非月海的高鈣輝石[8-12]。根據(jù)地形和成分?jǐn)?shù)據(jù)，SPA盆地明顯有別于月表其它地區(qū)，是月球上可識別的最古老的表面撞擊結(jié)構(gòu)[13-14]。美國國家研究理事會為重返月球的星座計(jì)劃提出了35個(gè)科學(xué)目標(biāo)，Snape

等認(rèn)為，這些目標(biāo)幾乎可以全部通過探測SPA盆地實(shí)現(xiàn)，并將馮·卡門撞擊坑列為預(yù)探測的重要目標(biāo)之一[15]。

馮·卡門撞擊坑位于SPA盆地的中部（42°S～48°S/172°E～180°E），中心坐標(biāo)為（44.8°S，175.9°E），直徑約為180 km，提供了一個(gè)近距離了解SPA盆地撞擊過程、撞擊歷史以及成分構(gòu)造的機(jī)會。馮·卡門是一個(gè)前酒海紀(jì)撞擊坑，在中部存在一個(gè)小的中央隆起[15]；內(nèi)部填充了雨海紀(jì)玄武巖，年齡約為3.35 Ga（圖1）[16]。馮·卡門撞擊坑北部是萊布尼茲（Leibnitz）撞擊坑，東北部是梵森（Finsen）撞擊坑，東南部是阿爾德（Alder）撞擊坑。相對來看，馮·卡門撞擊坑地形平坦，適合探測器的著陸，且出現(xiàn)了較新的玄武巖[7]。因此，馮·卡門撞擊坑是最有可能挖掘出下月殼和月幔物質(zhì)的區(qū)域，對其探測研究有望填補(bǔ)深層月殼及上月幔研究的空白，取得對月球早期演化歷史的新認(rèn)識[17]。

但是，目前該區(qū)域依然缺乏系統(tǒng)性、綜合性的研究。因此，本文利用最新的影像、光譜、高程、重力和微波數(shù)據(jù)，對馮·卡門撞擊坑的地形地貌、成分特征、地殼結(jié)構(gòu)和微波熱輻射特性等進(jìn)行了詳細(xì)的研究，以期為“嫦娥4號”的著陸探測提供科學(xué)的參考。

圖1 “嫦娥4號”預(yù)選著陸區(qū)馮·卡門區(qū)域影像圖Fig.1 Image of the Von Kármán crater，CE-4 candidate landing site

1 馮·卡門撞擊坑的研究意義和價(jià)值

深部月殼和月幔成分是當(dāng)今月球科學(xué)研究的關(guān)鍵問題之一，對于我們了解月球形成初期的分異作用，探究月球的二分性（即月球正面和背面的地形地貌、結(jié)構(gòu)、物質(zhì)成分、月殼厚度的分布等具有的明顯差異）的成因具有重要意義[18]。但是，目前尚無法通過遙感手段直接獲得準(zhǔn)確的深部月殼和月幔的成分，也未采集到月球深部的巖石樣品。而馮·卡門撞擊坑的著陸和巡視勘察將為解決這一問題提供重要實(shí)測資料。

肖龍等認(rèn)為，SPA盆地是最有可能挖掘出月幔物質(zhì)的盆地，其峰環(huán)、盆地內(nèi)以及濺射毯的撞擊熔融層及撞擊熔融角礫巖都是很好的月幔物質(zhì)取樣區(qū)。雖然挖掘出的月幔物質(zhì)可能被月壤及玄武巖覆蓋，但后期形成的撞擊坑又可重新將較新鮮的月幔物質(zhì)暴露出來[17]。因此，SPA盆地是探測和研究深部月殼及月幔物質(zhì)的理想?yún)^(qū)域[17]。

研究中，肖龍等建議將智海（Ingenii Basin）和阿波羅盆地（Apollo Basin）作為著陸選擇區(qū)。智海盆地是位于SPA盆地西北邊緣的一個(gè)前酒海紀(jì)多環(huán)撞擊盆地，中心位置（33.7°S，163.5°E）。直徑約為880 km。該區(qū)域可以獲得的科學(xué)發(fā)現(xiàn)包括：月球背面年輕的火山活動產(chǎn)物，熔巖管塌陷暴露的地下結(jié)構(gòu)，較純的高地斜長巖，旋渦狀結(jié)構(gòu)的成因等[17]；月震探測可獲得背面的月殼結(jié)構(gòu)等[19]。

阿波羅盆地的中心位于（35.7°S，208.5°E），是一個(gè)直徑約為480 km的前酒海紀(jì)多環(huán)盆地，位于SPA盆地東北邊緣以內(nèi)。可獲得的科學(xué)發(fā)現(xiàn)包括：峰環(huán)或坑壁以及濺射物中可能暴露下月殼甚至月幔的物質(zhì)；檢測高鈦和高鋁兩個(gè)月海巖石單元；原始斜長巖月殼、克里普巖等行星分異產(chǎn)物的信息；存在火山碎屑巖，對月球的火山活動和熱狀態(tài)的研究有指導(dǎo)意義[17]。

這些都表明，對SPA盆地的著陸研究具有十分重要的科學(xué)價(jià)值。馮·卡門撞擊坑位于SPA盆地的中部，中心坐標(biāo)為（44.8°S，175.9°E），直徑為172 km。圖2為馮·卡門區(qū)域的地質(zhì)圖，Im：暗色玄武巖平原物質(zhì)；Ig：覆蓋有撞擊坑的溝槽和山丘；Nc：比雨海Imbrium撞擊坑老比酒海Nectaris撞擊坑年輕的地質(zhì)單元[13]，該圖來源于美國地質(zhì)調(diào)查局（U.S.Geological Survey）（https://www.lpi.usra.edu/resources/mapcatalog/usgs/），截取范圍為（170°E～190°E，30°S～50°S）?？梢钥闯?，馮·卡門南部玄武巖覆蓋區(qū)年齡為雨海紀(jì)。馮·卡門重復(fù)撞擊到一個(gè)年齡稍老的馮·卡門M撞擊坑上，該撞擊坑很有可能穿透了整個(gè)SPA盆地月殼，并挖掘出了部分月幔物質(zhì)。這組撞擊坑所處的區(qū)域是月球背面SPA區(qū)域富含釷元素和KREEP巖的區(qū)域[7]。因此，馮·卡門撞擊坑的峰環(huán)、坑內(nèi)以及濺射毯的撞擊熔融層及撞擊熔融角礫巖都是很好的月幔物質(zhì)取樣區(qū)。雖然挖掘出的月幔物質(zhì)可能被月壤及玄武巖覆蓋，但后期形成的撞擊坑又可重新將較新鮮的月幔物質(zhì)暴露出來。

圖2 馮·卡門區(qū)域地質(zhì)圖Fig.2 Geological map of the Von Kármán region

相對于智海和阿波羅盆地，馮·卡門撞擊坑遠(yuǎn)離月陸地區(qū)，更接近SPA盆地中部。且該撞擊坑規(guī)模較小，分布有較新的玄武巖。從這個(gè)角度考慮，馮·卡門撞擊坑將是探測和研究深部月殼及月幔物質(zhì)的理想?yún)^(qū)域。

基于雙層殼幔深度模型和Kaguya地形數(shù)據(jù)，Snape等估算了SPA盆地的月殼厚度[15, 20]。結(jié)合尺度關(guān)系[21]，Snape等計(jì)算了SPA盆地的撞擊熔融物質(zhì)深度和中央峰的源深度[15]，其研究結(jié)果表明，馮·卡門撞擊事件形成的熔融物質(zhì)很可能代表了全部月殼，并且隆起物質(zhì)中提示了殼幔邊界信息。因此，在馮·卡門撞擊坑著陸探測更有可能獲得如下科學(xué)發(fā)現(xiàn)：原始斜長巖月殼、克里普巖等行星分異產(chǎn)物的信息；峰環(huán)或坑壁以及濺射物中可能暴露下月殼甚至月幔的物質(zhì)；南部、北部玄武巖成分、年齡的差異以及其在月海火成演化研究中的意義；對于月球的火山活動和熱演化歷史研究的參考意義。

2 地形結(jié)構(gòu)特征

結(jié)合LRO衛(wèi)星LOLA數(shù)據(jù)、Clementine衛(wèi)星UVVIS數(shù)據(jù)、“嫦娥2號”衛(wèi)星CELMS數(shù)據(jù)、GRAIL數(shù)據(jù)等，系統(tǒng)分析了馮·卡門撞擊坑的地形、成分、溫度和深部結(jié)構(gòu)等特征。

2.1 地 形

地形是“嫦娥4號”著陸和探測的首要考慮因素之一?；贚RO（Lunar Reconnaissance Orbiter）衛(wèi)星LOLA數(shù)據(jù)，初步分析了馮·卡門撞擊坑的地形特征（圖3）?？傮w上，撞擊坑盆地東西向約為200 km，南北向約為160 km，總面積約為37 594.5 km2。盆地比東部地區(qū)低約4 km，比南部地區(qū)低約2.5 km。內(nèi)部的最高點(diǎn)高程約為–4 323.8 m，在（175.9°E，44.5°S）處，位于中央峰上。最低點(diǎn)約為–6 621.3 m，在（174.9°E，44.3°S）點(diǎn)處，位于撞擊坑底部北部撞擊坑內(nèi)，撞擊坑底部的平均高程約為–5 852.0 m。

在撞擊坑底部，最南部的平均海拔最低，平均海拔約為–5 963.4 m。該地區(qū)地形起伏不大，撞擊坑數(shù)量少，表明該地區(qū)年齡較新。撞擊坑中部、東部和北部大部分地區(qū)的平均海拔約為–5 848.4 m，相對于南部區(qū)域有較大的高程值。其中，整個(gè)北部地形較為復(fù)雜，存在多個(gè)較大的撞擊坑，表明該地區(qū)年齡較老。與Haruyama等的研究結(jié)果相一致[16]。

中央峰長約45.5 km，寬約13.7 km，面積800.75 km2，高程最大值為–4 324 m，最小高程值為 –5 835 m，平均高出南邊底部區(qū)域約650 m。中央峰有部分的缺失，分為明顯的東部和西部，兩部分的地形特征相差較大。

馮·卡門撞擊坑邊緣不規(guī)則，僅東南邊緣保存較為完整。東北邊緣退化嚴(yán)重，表明該地區(qū)受Leibnitz和Finsen撞擊事件影響較大。西部邊緣存在獨(dú)特的地貌結(jié)構(gòu)特征。Snape等認(rèn)為西部地區(qū)是一個(gè)火山穹窿，并將該地區(qū)作為馮·卡門撞擊坑的首先著陸區(qū)，可以采集到侵入或噴出的玄武巖樣本[15]。但結(jié)合三維模型和地形剖面，該地區(qū)的地形隆起與撞擊坑邊緣連接，由邊緣向撞擊坑中心高程表現(xiàn)為連續(xù)緩慢降低，呈重力滑坡地貌特征，而不是巖體侵入特征。另外，該滑坡體造成巨量的邊坡物質(zhì)進(jìn)入盆地內(nèi)部，深入盆地達(dá)60 km，表明這是月表地貌演化的一種新形式，有必要結(jié)合著陸探測和相關(guān)模型，對造成該地區(qū)地貌退化的原因做深入研究。

馮·卡門撞擊坑以南存在較大且明顯的撞擊坑邊緣，顯示在馮·卡門撞擊坑形成前該區(qū)域已經(jīng)存在一個(gè)更大的撞擊坑。結(jié)合撞擊坑形成模型[22]，這里很可能采集到全部月殼巖石樣本和殼幔邊界物質(zhì)樣本，這也再次證實(shí)了馮·卡門撞擊坑著陸和巡視勘察的科學(xué)價(jià)值。

圖3 馮·卡門撞擊坑高程圖和底部高程圖Fig.3 Elevation maps of the Von Kármán crater and its floor

2.2 成 分

有關(guān)SPA盆地的物質(zhì)成分分布，以及盆地的形成和演化一直以來都是科學(xué)界研究的熱點(diǎn)和爭論的焦點(diǎn)[4-7]。SPA具有相對較低的反照率，且FeO、TiO2、Th和Mg含量與月表其它地區(qū)明顯不同[23-30]。

Clementine衛(wèi)星紫外/可見光（UV/VIS）相機(jī)（波譜范圍為0.4～1 μm，空間分辨率為100～300 m）廣泛應(yīng)用于月表FeO和TiO2的含量估算[31-34]。本研究基于改進(jìn)的Lucey模型[35]，反演了馮·卡門撞擊坑的（FeO+TiO2）（FTA）含量（圖4）。

圖4表明，總體上，馮·卡門撞擊坑內(nèi)部的FTA含量明顯高于撞擊坑外圍。在馮·卡門撞擊坑內(nèi)部，F(xiàn)TA含量主要分布在12～25 wt.%，局部可達(dá)到27 wt.%左右，但是，F(xiàn)TA含量的空間分布非常不均勻。南部的高FTA中心及其周圍的中等FTA區(qū)域，中部較連續(xù)的中值FTA區(qū)域和北部連續(xù)性很差的中值FTA區(qū)域。其它區(qū)域的FTA含量相對較低，且呈現(xiàn)一定的方向性，很可能是受東北部撞擊坑濺射物的影響。

圖4 馮·卡門撞擊坑（FeO+TiO2）含量圖Fig.4 （FeO+TiO2）abundance map of the Von Kármán crater

南部，以撞擊坑（176.13°E，45.41°S）位置為中心，出現(xiàn)FTA含量最高值區(qū)域。同時(shí)，在撞擊坑（176.00°E，46.81°S）、（176.96°E，46.19°S）、（177.26°E，46.26°S）、（177.29°E，46.61°S）、（177.54°E，46.36°S）以及北部的（174.82°E，44.97°S）、（174.81°E，44.28°S）位置，都再次出現(xiàn)了高FTA值，其周圍也呈現(xiàn)較高的FTA值分布。尤其是撞擊坑（176.13°E，45.41°S）位置直徑最大，達(dá)3.8 km，周圍高FTA區(qū)域半徑達(dá)10.9 km。高的FTA含量與撞擊坑的密切關(guān)系表明，該地區(qū)表層覆蓋有一層FTA值很低的物質(zhì)，而下層很可能存在FTA值非常高的物質(zhì)，正是撞擊事件將下層高FTA值的物質(zhì)挖掘并散布表層。根據(jù)玄武巖成分與年齡的關(guān)系[36]，年代越晚的玄武巖FTA值越高，而該地區(qū)由撞擊事件揭示的FTA值都在20 wt.%以上，表明這是年代非常新的玄武巖。因此，對該地區(qū)玄武巖樣本的探測分析將為月球的火山活動和熱演化歷史研究提供重要的參考資料。

另外，F(xiàn)eO含量和TiO2含量反演結(jié)果表明，坑底北部的TiO2含量明顯偏高，而FeO含量較高部分存在于坑底南部[9]。這種FeO含量和TiO2含量的不一致性，也表明了該地區(qū)巖漿活動的復(fù)雜性。

同時(shí)，撞擊坑北部年齡較老[16]，但該地區(qū)玄武巖具有較高的TiO2含量，與Hiesinger等[36]的研究成果相悖。因此，這也將是月球科學(xué)研究的新內(nèi)容，有必要結(jié)合本次著陸探測進(jìn)行深入細(xì)致的研究。

前人的研究結(jié)果表明，SPA盆地出露的巖石均呈現(xiàn)超基性特性，主要包括斜方輝石、單斜輝石、橄欖石、斜長石和鈦鐵礦[9, 23-26, 37-38]。這些巖石可以代表SPA盆地撞擊后巖漿活動、SPA撞擊熔融物質(zhì)、下月殼、后期撞擊事件的濺射物等[9, 39]。當(dāng)前存在的主要爭議是該地區(qū)的巖石能否代表上月幔[9, 38, 40-42]。Borst等[43]基于Clementine UV/VIS和NIR數(shù)據(jù)，在SPA盆地幾乎所有的中央峰區(qū)域都發(fā)現(xiàn)了蘇長巖，認(rèn)為SPA盆地的物質(zhì)源僅為下月殼，而非上月幔。

結(jié)合Chandrayaan M3數(shù)據(jù)的初步研究結(jié)果[44-45]表明，馮·卡門撞擊坑的含鈣量較高，且比周圍單元有更高的橄欖石含量。

總的來說，馮·卡門撞擊坑的著陸和就位探測，有望填補(bǔ)深層月殼及上月幔研究的空白，取得對月球早期演化歷史和月球撞擊演化歷史的新認(rèn)識。

2.3 溫度結(jié)構(gòu)特征

“嫦娥”衛(wèi)星微波輻射計(jì)數(shù)據(jù)對月壤成分和溫度非常敏感[31-33, 46-47]?；凇版隙?號”衛(wèi)星微波輻射計(jì)數(shù)據(jù)，分析了馮·卡門撞擊坑的亮溫特征（圖5）。

根據(jù)Stuart-Alexander的解譯成果，馮·卡門撞擊坑的地質(zhì)單元較為單一，中部為雨海紀(jì)玄武巖。圖5表明，該地區(qū)月壤的微波輻射情況較為復(fù)雜。正午時(shí)刻，3 GHz圖像上，在撞擊坑內(nèi)的北部出現(xiàn)最高亮溫值，呈北東向展布。在撞擊坑底南部，亮溫明顯較北部低4 K左右，與撞擊坑附近物質(zhì)的亮溫接近。在37 GHz，北部的高亮溫區(qū)域變化不大，而南部亮溫增加很快，比撞擊坑附近物質(zhì)的亮溫高10 K以上。這表明了撞擊坑底部的北部和南部的物質(zhì)成分隨深度的變化存在較大差異。午夜時(shí)刻的亮溫表現(xiàn)與正午時(shí)刻出現(xiàn)了明顯差異。北部，正午時(shí)刻的高亮溫區(qū)域仍然表現(xiàn)為高亮溫；而在南部，則出現(xiàn)明顯的以（176.13°E，45.41°S）為中心的低亮溫區(qū)域。這表明，馮·卡門撞擊坑物質(zhì)成分的空間分布是不均勻的，同時(shí)該區(qū)域月壤成分是隨深度變化的。

圖5 馮·卡門撞擊坑亮溫分布圖Fig.5 Brightness temperature distribution of the Von Kármán crater

同時(shí)，在撞擊坑北部，正午和午夜的亮溫都比較高。Meng等在東海地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了相同的情況，并推測其成因很可能是下墊面溫度較高[48]。因此，建議將馮·卡門北部作為第1著陸預(yù)選區(qū)，高的下墊面溫度將為月球熱演化研究提供新的重要參考。

2.4 深部結(jié)構(gòu)特征

深部月殼和月幔物質(zhì)結(jié)構(gòu)是月球科學(xué)探測的關(guān)鍵問題之一，在行星殼層和深部結(jié)構(gòu)研究中，多采用的重力場分析方法[49]。Snape等[15]利用早期日本“月亮女神號”（Kaguya）獲取的地形和重力數(shù)據(jù)，認(rèn)為SPA區(qū)域的月殼厚度非常薄[34]。利用最新獲取的月球Grail重力和地形等地球物理數(shù)據(jù)，綜合對馮·卡門撞擊坑的殼層和深部結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析（圖6）。

結(jié)果顯示，馮·卡門南部邊緣正的布格重力異常，對應(yīng)了非常明顯的負(fù)的異常梯度信息，沿馮·卡門撞擊坑南部邊緣呈現(xiàn)一定的線性特征分布，顯示該區(qū)域可能形成了比較明顯的巖墻，長度接近180 km。因此，在形成馮·卡門M撞擊坑后有大量的巖漿向上侵入，由此可以推測，在馮·卡門撞擊坑覆蓋到馮·卡門M撞擊坑后，極有可能挖掘出了深部月幔的物質(zhì)，這些物質(zhì)極有可能跟后期巖漿噴發(fā)后形成的玄武巖混合，只是從現(xiàn)有分辨率的礦物元素圖中較難分辨出來。

馮·卡門撞擊坑重復(fù)撞擊到南部的馮·卡門M撞擊坑上，使該區(qū)域月殼發(fā)生了局部高溫熔融，并最終冷凝形成了致密的玄武巖月殼，且月殼厚度較薄，小于5 km。結(jié)合重力地形得到該區(qū)域的孔隙度平均為9%，稍小于模型1的12%的孔隙度，由此可見，該區(qū)域經(jīng)過多次撞擊后，月殼發(fā)生了多次熔融，并凝結(jié)成了較為致密的玄武巖層。

“嫦娥4號”攜帶的測月雷達(dá)等設(shè)備將為實(shí)現(xiàn)這一指標(biāo)的檢測提供重要支撐。

圖6 馮·卡門區(qū)域的布格重力異常和最大布格重力梯度（http://pds-geosciences.wustl.edu/）Fig.6 Bouguer gravity anomaly and Bouguer gravity gradient map（http://pds-geosciences.wustl.edu/）

3 可能著陸區(qū)及預(yù)期科學(xué)目標(biāo)

根據(jù)研究意義和馮·卡門盆地的地形參數(shù)特征，建議將以下3個(gè)區(qū)域設(shè)置為預(yù)選著陸區(qū)（圖7），分別是位于盆地北部的I區(qū)、接近中央峰和高FTA值的II區(qū)和靠近南部邊緣的III區(qū)。這些區(qū)域的地形較為平坦，且表面均被玄武巖覆蓋。

圖7 馮·卡門區(qū)域的預(yù)選著陸區(qū)Fig.7 Candidate landing sites within Von Kármán Crater

3.1 區(qū)域I的科學(xué)價(jià)值

區(qū)域I位于馮·卡門撞擊坑北部，分布較老雨海紀(jì)玄武巖。在區(qū)域內(nèi)有小型隆起結(jié)構(gòu)，為原馮·卡門撞擊坑殘留，未完全被后期玄武巖覆蓋[16]。同時(shí)，該區(qū)域還有多個(gè)小型撞擊坑；區(qū)域東部還有一個(gè)全區(qū)最大撞擊坑。

因此，在該區(qū)域著陸可能的科學(xué)發(fā)現(xiàn)如下：

1）獲取較老的雨海紀(jì)玄武巖樣本，在北部隆起區(qū)，獲得較純凈的原始SPA盆地物質(zhì)，研究月球表面的撞擊演化特征及其對月表物質(zhì)成分的影響機(jī)制。

2）通過對該區(qū)域的小型撞擊坑和東部大型撞擊坑濺射物采樣，獲得該區(qū)域玄武巖分層結(jié)構(gòu)信息和下墊面介質(zhì)的物質(zhì)成分信息。

3）研究該區(qū)域的亮溫異常成因，改進(jìn)和提高當(dāng)前的月球微波輻射傳輸機(jī)制；如果確定該地區(qū)的高亮溫異常成因是由于高的下墊面溫度，將是當(dāng)前月球熱演化研究的一個(gè)突破性進(jìn)展，進(jìn)而結(jié)合全球性的月表微波輻射異常，對深入分析月球的熱演化歷史具有重要意義。

3.2 區(qū)域II的科學(xué)價(jià)值

區(qū)域II位于馮·卡門撞擊坑中部，北部為中央峰，西部為邊緣物質(zhì)滑坡體，西北部為較老的玄武巖單元，東部為較新的玄武巖單元，且具有全區(qū)最高的FTA值。

因此，在該區(qū)域著陸具有最為重要的科學(xué)價(jià)值，包括了前述的全部的預(yù)期科學(xué)發(fā)現(xiàn)，如下：

1）在區(qū)域西部，為邊緣滑坡體，可能采集到原始斜長巖月殼、克里普巖等行星分異的物質(zhì)樣本。

2）在區(qū)域北部的中央峰附近，可能采集到下月殼甚至月幔的物質(zhì)。

3）該地區(qū)西北部，可能采集到較老的玄武巖，東部可能采集到較新的玄武巖，可用于確定馮·卡門撞擊坑中玄武巖的年齡（可能的SPA年齡），進(jìn)而對月球的撞擊年齡進(jìn)行約束。

4）區(qū)域西北部，是高亮溫異常區(qū)域，而東部是正常亮溫區(qū)；通過下墊面溫度測量，研究月表熱點(diǎn)異常的成因機(jī)制。

3.3 區(qū)域III的科學(xué)價(jià)值

區(qū)域III位于馮·卡門撞擊坑南部，該區(qū)域的填充物為較新的玄武巖；另外，該地區(qū)存在眾多小型撞擊坑，表現(xiàn)為高FTA含量。同時(shí)，該區(qū)域邊坡保存完整，受其它地區(qū)物質(zhì)成分的影響較小。

因此，在該區(qū)域著陸可能的科學(xué)發(fā)現(xiàn)如下：

1）獲取較新的雨海紀(jì)玄武巖樣本。

2）對小型撞擊坑采樣，并結(jié)合相關(guān)設(shè)備分析該區(qū)域的分層結(jié)構(gòu)特征，對下層FTA含量較高的物質(zhì)分布進(jìn)行確認(rèn)。

3）撞擊坑南坡保存完整，可以進(jìn)行邊坡地層特征分析，尋找并分析撞擊熔融物質(zhì)，取得對月表撞擊演化的新認(rèn)識。

4）地形分析結(jié)果表明，在馮·卡門撞擊坑形成前該區(qū)域已經(jīng)存在一個(gè)更大的撞擊坑（命名為M），該區(qū)域可能采集到原始SPA物質(zhì)、M撞擊坑物質(zhì)和晚雨海紀(jì)玄武巖物質(zhì)。

在馮·卡門撞擊坑，Snape等也提供了3個(gè)著陸區(qū)域[15]。其中第2、第3候選區(qū)域與本研究中的區(qū)域II、III接近。由于本研究引入了更多的參考數(shù)據(jù)，否定了Snape等[15]的第1候選區(qū)，而選定為撞擊坑北部具有較老年齡和熱輻射異常的區(qū)域。相對來說，本研究所提供的候選區(qū)域具有更高的科學(xué)價(jià)值。

4 結(jié) 論

馮·卡門撞擊坑位于月球最大的撞擊盆地中部，是我國“嫦娥4號”計(jì)劃的預(yù)定探測目標(biāo)，這將是人類首次在月球背面的軟著陸和就位探測，其相關(guān)研究成果在月球科學(xué)研究領(lǐng)域?qū)⒕哂袆潟r(shí)代的重要意義。

論文系統(tǒng)總結(jié)了馮·卡門撞擊坑的研究意義和科學(xué)價(jià)值；結(jié)合LRO衛(wèi)星LOLA數(shù)據(jù)、Clementine UV-VIS數(shù)據(jù)、GRAIL數(shù)據(jù)、“嫦娥4號”衛(wèi)星CELMS數(shù)據(jù)等，簡要分析了馮·卡門撞擊坑的地形、成分、深部結(jié)構(gòu)和亮溫結(jié)構(gòu)等方面的最新研究發(fā)現(xiàn)；最后，結(jié)合這些研究發(fā)現(xiàn)和前人對馮·卡門撞擊坑的研究期望，系統(tǒng)整理了可能著陸區(qū)及預(yù)期的科學(xué)目標(biāo)。

著陸區(qū)選址和科學(xué)目標(biāo)規(guī)劃是一項(xiàng)十分重要和復(fù)雜的工作，需要科學(xué)家與工程技術(shù)人員的通力協(xié)作才能做好。同時(shí)，由于不同的科學(xué)家有不同的興趣點(diǎn)，因此可能對著陸區(qū)選址和科學(xué)目標(biāo)規(guī)劃有不同的訴求。月球探測的任務(wù)和目標(biāo)規(guī)劃需要集思廣益，在科學(xué)家、工程技術(shù)人員廣泛參與的基礎(chǔ)上進(jìn)行決策，希望本文的研究成果能夠?yàn)槲覈版隙?號”工程的著陸區(qū)選址和科學(xué)目標(biāo)規(guī)劃起到拋磚引玉的作用。

致謝本研究得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41371332，11403020）和遙感科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金（Grant No.OFSLRSS201706）資助，在此表示感謝！

參考文獻(xiàn)

[1]吳偉仁，王瓊，唐玉華，等.“嫦娥4號”月球背面軟著陸任務(wù)設(shè)計(jì)[J].深空探測學(xué)報(bào)，2017，4（2）：111-117.WU W R，WANG Q，TANG Y H，et al.Design of Chang’e-4 lunar farside soft-landing mission[J].Journal of Deep Space Exploration，2017，4（2）：111-117.

[2]歐陽自遠(yuǎn).月球科學(xué)概論[M].北京：中國宇航出版社，2005：68-137.

[3]Jolliff B L.月球新觀[M].北京：地質(zhì)出版社，2012.

[4]張健，繆秉魁，廖慶園，等.月球南極艾特肯盆地的地質(zhì)特征：探索月球深部的窗口[J].礦物巖石地球化學(xué)通報(bào)，2011，30（2）：234-240.ZHANG J，MIAO B K，LIAO Q Y，et al.The geological characteristics of the South Pole-Aitken Basin on the Moon：the window to explore the deep composition of the Moon[J].Bulletin of Mineralogy，Petrology and Geochemistry，2011，30（2）：234-240.

[5]KIM K J，DOHM J M，WILLIAMS J P，et al.The South Pole-Aitken basin region，Moon：GIS-based geologic investigation using Kaguya elemental information[J].Advances in Space Research，2012，50（12）：1629-1637.

[6]DAVID A K，DANIEL D D.A global lunar landing site study to provide the scientific context for exploration of the Moon [R].USA：LPI-JSC Center for Lunar Science and Exploration，2012.

[7]PASCKERT J H，HIESINGER H，BOGERT C H V D.Lunar farside volcanism in and around the South Pole-Aitken Basin[J].Icarus，2017，299：538-562.

[8]MORIARTY D P，PIETERS C M，ISAACSON P J.Compositional heterogeneity of central peaks within the South Pole‐Aitken Basin[J].Journal of Geophysical Research Planets，2013，118（11）：2310-2322.

[9]PIETERS C M，III J W H，GADDIS L，et al.Rock types of South Pole‐Aitken basin and extent of basaltic volcanism[J].Journal of Geophysical Research Planets，2001，106（E11）：28001-28022.

[10]OHTAKE M，MATSUNAGA T，HARUYAMA J，et al.The global distribution of pure anorthosite on the Moon[J].Nature，2009，461（7261）：236-340.

[11]KRAMER G Y，KRING D A，NAHM A L，et al.Spectral and photogeologic mapping of Schr?dinger basin and implications for post-South Pole-Aitken impact deep subsurface stratigraphy[J].Icarus，2013，223（1）：131-148.

[12]YAMAMOTO S，NAKAMURA R，MATSUNAGA T，et al.Olivinerich exposures in the South Pole-Aitken basin[J].Icarus，2012，218（1）：331-344.

[13]STUART-ALEXANDER D E.Geologic Map of the central far side of the Moon[J].Alexander，1978，I-1047.

[14]JOLLIFF B L，HASKIN L A，KOROTEV R L，et al.Scientific expectations from a sample of regolith and rock fragments from the interior of the Lunar South Pole-Aitken basin[J].Condor，2003，65（2）：126-153.

[15]SNAPE J F，F(xiàn)AGAN A L，ENNIS M E，et al.Science-rich mission sites within South Pole-Aitken basin，part 2：Von Kármán crater[C]//Lunar and Planetary Science Conference.[S.l.]：Lunar and Planetary Science Conference，2010.

[16]HARUYAMA J，JOSSET J L.Long-lived volcanism on the lunar farside revealed by SELENE Terrain Camera[J].Science，2009，323（5916）：905-908.

[17]肖龍，喬樂，肖智勇，等.月球著陸探測值得關(guān)注的主要科學(xué)問題及著陸區(qū)選址建議[J].中國科學(xué)：物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué)，2016，46（2）：029602.XIAO L，QIAO L，XIAO Z Y，et al.Major scientific objectives and candidate landing sites suggested for future lunar explorations（in Chinese）[J].Sci Sin-Phys Mech Astron，2016，46：029602.

[18]National Research Council.Scientific context for the exploration of the Moon：a national research council space science board study[M].Washington D.C.：National Academies Press，2007.

[19]KRING D A，DURDA D D.A global lunar landing site study to provide the scientific context for exploration of the Moon[C]//LPI-JSC Center for Lunar Science and Exploration.USA：[s.n.], 2012.

[20]WIECZOREK M A，JOLLIFF B L，KHAN A.The constitution and structure of the lunar interior[J].Reviews in Mineralogy &Geochemistry，2006，60：221-364.

[21]CINTALA M J AND GRIEVE R A F.Scaling impact melting and crater dimensions：Implications for the lunar cratering record[J].Meteoritics & Planetary Science，1998，33：889-912.

[22]YUE Z，JOHNSON B C，MINTON D A，et al.Projectile remnants in central peaks of lunar impact craters[J].Nature Geoscience，2013，6（6）：435-437.

[23]LUCEY P G，TAYLOR G J，HAWKE B R，et al.FeO and TiO2，concentrations in the South Pole-Aitken basin：Implications for mantle composition and basin formation[J].Journal of Geophysical Research Planets，1998，103（E2）：3701-3708.

[24]LUCEY P G，BLEWETT D T，HAWKE B R.Mapping the FeO and TiO2，content of the lunar surface with multispectral imagery[J].Journal of Geophysical Research Planets，1998，103（E2）：3679-3699.

[25]LUCEY P G，BLEWETT D T，JOLLIFF B L.Lunar iron and titanium abundance algorithms based on final processing of Clementine ultraviolet/visible images[J].Journal of Geophysical Research Planets，2000，105（E8）：20297-20305.

[26]PIETERS C M，TOMPKINS S，HEAD J W，et al.Mineralogy of the mafic anomaly in the South Pole-Aitken basin：implications for excavation of the lunar mantle[J].Geophysical Research Letters，1997，24（15）：1903-1906.

[27]PIETERS C M，III J W H，ISAACSON P，et al.Lunar international science coordination/calibration targets（L-ISCT）[J].Advances in Space Research，2008，42（2）：248-258.

[28]SHEVCHENKO V V，CHIKMACHEV V I，PUGACHEVA S G.Structure of the South Pole-Aitken lunar basin[J].Solar System Research，2007，41（6）：447-462.

[29]TOMPKINS S，PIETERS C M.Mineralogy of the lunar crust：results from Clementine[J].Meteoritics & Planetary Science，2015，34（1）：25-41.

[30]WILHELMS D E，MCCAULEY J F，TRASK N J.The geologic history of the moon，86-600177（BKS3） [R].Washington ：U.S.G.P.O.，1987.

[31]姜景山，金亞秋.中國微波探月研究[M].北京：科學(xué)出版社，2011.

[32]ZHENG Y C，TSANG K T，CHAN K L，et al.First microwave map of the Moon with Chang’E-1 data：the role of local time in global imaging[J].Icarus，2012，219（1）：194-210.

[33]MENG Z G，YANG G D，PING J S，et al.Influence of（FeO+TiO2）abundance on the microwave thermal emissions of lunar regolith[J].Sci China Earth Sci，2016，59（7）：1498-1507.

[34]ISHIHARA Y，GOOSSENS S，MATSUMOTO K，et al.Crustal thickness of the Moon：Implications for farside basin structures[J].Geophysical Research Letters，2009，36（19）：82-90.

[35]GILLIS J J，JOLLIFF B L，KOROTEV R L.Lunar surface geochemistry：Global concentrations of Th，K，and FeO as derived from lunar prospector and Clementine data[J].Geochimica Et Cosmochimica Acta，2004，68（18）：3791-3805.

[36]HIESINGER H，III J W H，WOLF U，et al.Ages and stratigraphy of mare basalts in Oceanus Procellarum，Mare Nubium，Mare Cognitum，and Mare Insularum[J].Journal of Geophysical Research Planets，2003，108（E7）.

[37]JOLLIFF B L，GILLIS J J，HASKIN L A，et al.Major lunar crustal terranes：Surface expressions and crust-mantle origins[J].J.geophys.res，2000，105（E2）：4197-4216.

[38]LUCEY P G.Mineral maps of the Moon[J].Geophysical Research Letters，2004，31（8）：289-291.

[39]NAKAMURA R，MATSUNAGA T，OGAWA Y，et al.Ultramafic impact melt sheet beneath the South Pole-Aitken basin on the Moon[J].Geophysical Research Letters，2009，36（22）：L22202.

[40]WIECZOREK M A，CAHILL J T S，LUCEY P G，et al.The mantle of the Moon：exposed and sampled？[C]// Lunar and Planetary Science Conference.USA：Lunar and Planetary Science Conference，2008：1271.

[41]YAMAMOTO S，NAKAMURA R，MATSUNAGA T，et al.Possible mantle origin of olivine around lunar impact basins detected by SELENE[J].Nature Geoscience，2010，3（8）：533-536.

[42]YAN B，XIONG S Q，WU Y，et al.Mapping lunar global chemical composition from Chang'E-1 IIM data[J].Planetary & Space Science，2012，67（1）：119-129.

[43]BORST A M，F(xiàn)OING B H，DAVIES G R，et al.Surface mineralogy and stratigraphy of the lunar South Pole-Aitken basin determined from Clementine UV/VIS and NIR data[J].Planetary & Space Science，2012，68（1）：76-85.

[44]KLIMA R L，PIETERS C M，BOARDMAN J W，et al.New insights into lunar petrology：distribution and composition of prominent low-Ca pyroxene exposures as observed by the Moon Mineralogy Mapper（M3）[J].Journal of Geophysical Research Atmospheres，2011，116（E6）：0-6.

[45]WU Y Z，HEAD J W，PIETERS C M，et al.Regional geology of the Chang'e-3 landing zone[C]// Lunar and Planetary Science Conference.[S.l.]：Lunar and Planetary Science Conference，2014：2613.

[46]王振占，李蕓，姜景山，等.用“嫦娥一號”衛(wèi)星微波探測儀亮溫反演月壤厚度常和3He資源量評估的方法及初步結(jié)果分析[J].中國科學(xué)：地球科學(xué)，2009，39（8）：1069-1084.WANG Z Z，LI Y，JIANG J S，et al.Lunar surface dielectric constant，regolith thickness and helium-3 abundance distributions retrieved from microwave brightness temperatures of CE-1 Lunar Microwave Sounder（in Chinese） [J].Sci China Ser D-Earth Sci，2009，39（8）：1069-1084.

[47]CHAN K L，KANG T T，KONG B，et al.Lunar regolith thermal behavior revealed by Chang'E-1 microwave brightness temperature data[J].Earth & Planetary Science Letters，2010，295（1-2）：287-291.

[48]MENG Z G，ZHANG J D，CAI Z C，et al.Microwave thermal emission features of Mare orientale revealed by CELMS data [J].IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing，2017，10（6）：2991-2998.

[49]WIECZOREK M A.Gravity and topography of the terrestrial planets[M].Volume 10：Planets and Moons，2007.