行星探索的新时代:我们在月球背面的发现

11月15日 11:46 引自:phys.org

图片来源:虚线雪人/Shutterstock

发射七个月后,美国机器人火星车毅力号于 2021 年 2 月 18 日成功登陆火星。此次登陆是火星2020任务的一部分,全球数百万人现场观看,反映了全球对太空探索的新兴趣。紧随其后的是中国的天问一号,这是一项行星际火星任务,由轨道器、着陆器和名为“祝融”的火星车组成。

毅力号和祝融号是过去十年部署的第五和第六次行星漫游车。第一个是2012年登陆火星的美国好奇号,其次是中国的嫦娥三号任务。

2019 年,嫦娥四号着陆器及其玉兔二号火星车是第一批降落在月球背面——背离地球的一侧的人类物体。这标志着行星探索的一个关键里程碑,与1968 年的阿波罗 8 号任务同等重要,当时人类第一次看到月球的背面。

为了分析从使用探地雷达(GPR)的 Yutu-2漫游车捕获的数据,我们开发了一种工具,可以比以往任何时候都更详细地检测月球表面下的地层。它还能够提供有关地球如何进化的见解。

由于其有趣的地质构造,月球的背面非常重要,但这个隐藏的一面也阻挡了人类活动产生的所有电磁噪声,使其成为建造射电望远镜的理想场所。

探地雷达

自 2000 年代初以来,轨道器雷达一直用于行星科学,但最近的中国和美国漫游车任务是首次在现场使用探地雷达。这种突破性的雷达现在将成为未来行星任务的科学有效载荷的一部分,它将用于绘制着陆点的地下地图并揭示地下发生的事情。

GPR 还能够检索有关行星土壤及其地下层类型的重要信息。这些信息可用于深入了解一个地区的地质演化,甚至为未来的行星基地和研究站评估其结构稳定性。

毅力号和天问一号目前处于活跃状态,第一张火星探地雷达图像预计将于2022年发布。但第一个可用的行星现场探地雷达数据来自嫦娥三号、E-4和E-5月球任务,在那里它被用来调查月球背面的表层结构,并提供有关该地区地质演化的宝贵信息。

尽管 GPR 有很多好处,但一个主要的缺点是它无法检测层之间具有平滑边界的层。这意味着从一层到另一层的逐渐变化不会被发现,给人一种地下由同质块组成的错误印象,而实际上它可能是一个更复杂的结构,代表了完全不同的地质历史。

我们的团队开发了一种新方法,能够通过使用隐藏岩石和巨石的雷达特征来检测这些层。新开发的工具已用于处理着陆在月球南极艾特肯盆地一部分的冯卡门陨石坑中的嫦娥四号玉兔二号火星车捕获的 GPR 数据。

艾特肯盆地是已知最大和最古老的陨石坑,据信是由流星体撞击月球地壳并从顶部地幔(其正下方的内层)抬升物质形成的。我们的探测工具在月球表面的前 10m 处发现了一个以前看不见的层状结构,这被认为是一个同质块。

使用我们的方法,我们可以更准确地估计月球土壤顶面的深度,这是确定月球基地和研究站建设地基稳定性和强度的重要方法。

这种新发现的复杂层状结构还表明,小陨石坑更为重要,并且对陨石撞击沉积的物质以及月球陨石坑的整体演化的贡献可能比以前认为的要大得多。

这意味着我们将对卫星复杂的地质历史有更连贯的了解,并使我们能够更准确地预测月球表面下方的情况。

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