月球背面冯·卡门环形山内的嫦娥四号着陆器（图中心）和月球车（向西北行驶的小黑点），2019年7月1日由美国宇航局的月球勘测轨道飞行器拍摄。图片来源：James Stuby，基于NASA月球勘测轨道相机观测影像
月球一直饱受磨难。自45亿年前太阳系形成以来，其灰暗且毫无生气的表面就不断受到太空陨石的撞击，形成了如今布满碎石、坑坑洼洼的景象。然而，从可生产饮用水和火箭燃料的冰库到适合作栖息地的熔岩管洞穴，月面之下，藏着对人类探索者来说最诱人的秘密。更重要的是，对月球表面以下进行测绘可以揭开由撞击、地下陨石坑及相关碎片记录下的当前未知的太阳系历史，而这一点，中国月球车已在鲜有探索的月球背面有了新的发现。
最近，在一篇发表于《科学进展》（Science Advances）的论文中，中国和欧洲的研究人员合作阐述了由中国国家航天局负责的嫦娥四号任务的最新成果。嫦娥四号于2018年12月发射，并于2019年1月初到达月球，它最终着陆于月球南极附近一个名为即南极-艾特肯盆地的地区，成为首个在月球背面降落的探月行动。南极-艾特肯盆地形成于39亿年前，直径约2500千米，是太阳系中最大的陨击盆地，或许也是了解猛烈的撞击如何影响地球和其他带内行星的关键。嫦娥四号月球车当前仍在运作，它持续在该地区缓慢移动，自着陆以来总共行驶了几百米。
嫦娥四号的着陆点位于盆地内直径186千米的冯·卡门环形山内。附近还有其他几个环形山，比如普遍认为形成于32亿年前的直径72千米的芬森环形山。通过嫦娥四号的探地雷达装置，研究人员发现，月球车可能位于多层抛出物（长久以来多次撞击产生的碎片）上，这些碎片高速落下覆盖月球表面，如今填满了环形山。 论文作者之一，意大利罗马特雷大学的Elena Pettinelli说：“ 我们观测到了非常明显的分层”。
月球车上的雷达装置最大能够穿透至月面以下40米，超过了前一代，即2013年12月着陆月球正面的嫦娥三号探测距离的两倍。最新数据显示，月球车下方有三层明显的分层：第一层由月球表面的月壤组成，约至地下12米；第二层为大小不同的岩石混合物，约至地下24米；40米剩下的部分由以上两种粗粒和细粒物质构成的第三层占据。
嫦娥四号月球车月面行驶过程中，探月雷达所揭示的三个地下碎片层的示意图。图片来源：李春来等人2020年2月26日在线发表于《科学进展》的《嫦娥四号探月雷达揭开了月球背面地下浅层结构》
目前尚无法确定嫦娥四号下方地层的确切年代及其所对应的环形山。但它们仍提供了一些（长达40亿年的）月球历史方面的线索。Pettinelli指出，层中较小的岩石可能来自更远的环形山，因为它们可以被抛出更远，而较大的岩石则很可能来自附近的撞击。她表示：“如果石块很大，那它就可能离撞击点很近。”一般认为，月球车下方的碎片来自至少四到五次撞击，它们分布在月面到地下80米或更深的位置，甚至可能一直到盆地底部。
虽然月球是1960年代美国阿波罗计划和1970年代和苏联Luna计划中的重点，但它们大都缺少嫦娥三号和嫦娥四号任务的探地雷达能力。并且，早期工作都没有探索月球的背面。因此，中国的两个月球车使我们第一次看见了月球的地下浅层部分。其他一些探月任务（如2011年至2012年间NASA的GRAIL（重力回溯及内部结构实验室）双子探测器）能够探测到月面下更深处，但探测手段十分有限。它们已利用月球重力数据提供了（月球）数百千米深度下相对较低分辨率的宏观特征的概览。
美国宇航局戈达德太空飞行中心的月球科学家Daniel Moriarty没有参与这篇新论文的工作。但他认为这些研究者的研究结果很有意思，因为这些发现提供了认识月球演化方式的视角。“月球与地球的表面有很大不同。”他说，“撞击成山和火山活动是月球表面仅有的两个大规模（地质）过程，他们将会在这里发现这两类过程发生的证据。他们着陆的地方是一个巨大的火山平原。而该平原本身也受到了冲击的影响。”
Moriarty指出，火山平原和撞击碎片可能混在一起，这或许表明一些观察到的较大岩石是由火山物质分解形成的，而非附近撞击产生的碎片。当然也可能是月幔中的物质，在最初形成南极–艾特肯盆地的撞击中露出，与其他碎片（即嫦娥四号任务早先结果中提到的碎片）混杂在一起。
月球车将继续在月球表面移动，定期停下使用仪器进行测量。当它执行此类任务时，研究人员期望它能够观测到地下碎片层厚度的变化，从而揭示出月球悠远古老的撞击历史中更多的细节。Pettinelli称：“我们会让月球车前往研究人员可以确定碎片层厚度变化的位置。这一点很重要。”
作者：Jonathan O'Callaghan 自由撰稿人，写作内容涉及商业航天，太空探索，天体物理和其他广泛领域的科学
翻译：刘哲人
审校：马晓彤
引进来源：科学美国人
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