本站讯  近日，空间科学攀登团队行星科学课题组在月球南极地区平原地貌研究方面取得新进展，成果以“月球南极地区广泛分布的盆地溅射物的地质学证据”（Geological Evidence for Extensive Basin Ejecta as Plains Terrains in the Moon’s South Polar Region）为题在线发表于国际知名综合性学术期刊Nature Communications。该工作由山东大学空间科学与物理学院/空间科学研究院、澳门科技大学及美国布朗大学的研究人员合作完成，行星科学课题组乔乐副教授为论文的第一和通讯作者。

图1：月球南极地区影像及地形数据

图2：月球南极地区平原地貌分布图

月球极区由于水冰等挥发份物质的富集，成为当前月球探测与科学研究的热门目标。未来几年，国内外航天机构计划对月球南极地区开展全方位的遥感、着陆、巡视及载人登月探测，如我国计划于2026发射的嫦娥七号任务，就将着陆月球南极地区并开展综合性环境与资源勘查。但遥感影像及地形探测数据显示，月球南极地区撞击坑星罗棋布，地形崎岖不平（图1），缺乏以往探测任务着陆区所在的大面积月海平原（如嫦娥五号），这为月球南极着陆及水冰探测提出了严峻的挑战。然而，详细审视月球南极地区，可以发现在一些大型撞击坑底部仍存在中等规模的平原地貌，如阿蒙森（Amundsen）撞击坑。这些地形平坦的坑底为月球南极着陆探测提供了潜在的安全着陆区。目前，学界对这些平原地貌的空间分布和地质特征缺乏聚焦性的研究，其平原地貌的成因机制也尚有待查证。基于此，行星科学课题组乔乐副教授联合国内外科学家，综合利用高分辨率地形等探测数据，对月球南极地区进行了相关研究，识别出了800多处平原地貌，总面积超过4.6万平方公里，占整个南极地区面积的13%左右（图2）。

图3：月球南极地区阿蒙森和中纬度地区基巴利契奇坑底的平原地貌

本研究综合分析了这些平原地貌的形貌学、光学反照率及物质成分特征，发现绝大多数平原地貌有着较高的1064 nm反照率(中值为0.32)和较低的铁元素含量(7.2 % FeO)，明显不同于暗色的富铁月海平原，指示这些极区平原地貌不是火山喷发充填的玄武岩。而综合对比分析显示，这些极区平原地貌与月球中低纬度极区分布的“亮平原”（light plains）非常类似，如基巴利契奇（Kibalʹchich）坑底亮平原（图3）。前人研究发现，诸如基巴利契奇坑底等区域的亮平原来源于月表大型盆地的溅射物，而薛定谔盆地是临近月球南极地区最大、最年轻的撞击盆地，本研究提出月球南极地区的平原地貌可能起源于薛定谔盆地的溅射物，这一成因机制得到了溅射物厚度、面积比例分布及撞击坑统计分析结果的支持。同时，本文也在极区撞击坑外部发现了一些平原地貌，说明整个月球南极地区可能都经历了大型盆地溅射物的堆积过程，而低洼的地势使得溅射物在坑底汇聚。

本研究对未来月球极区水冰探测提供了新的视角。目前，很多月球极区探测任务的候选着陆区均着眼于高耸的山顶区域，比如美国的阿耳忒弥斯载人登月计划的候选着陆区之一——沙克尔顿连接脊（Shackleton Connecting Ridge）。这些山顶区域的主要优势是良好的太阳光照条件，可为月面探测提供能源输入等便利条件，但是其陡峭的地形也为着陆探测带来技术挑战，并且长时间太阳光照导致的较高月面温度也不利于水冰的长期保存，增加了水冰探测的难度。而本文研究的极区平原地貌可为月球极区水冰探测提供优良的地形条件，便于开展月表着陆及巡视探测，部分平原地貌处于永久阴影状态，其极低的温度使得水冰可以长期在表层出露。虽然这些低洼的平原地貌光照条件相对较差，但部分区域光照时间比率仍可达30%左右，仍可为着陆探测提供一定的能量来源。另外，这些平原地貌的外来盆地溅射物成因也为着陆探测提出了新的机遇和挑战，通过对这些盆地溅射物的月面测量和采样分析，有望获取源区盆地的形成年龄，继而约束月球早期撞击通量。由于这些平原物质是外源形成的，而原始的坑底物质已经被埋藏了，在解译平原地貌物质分析结果时，也应该重点考虑这一因素。

近年来，空间科学攀登团队行星科学课题组围绕深空探测国家战略需求，在月球地质学、陨石学及天体化学、行星遥感与光谱学、行星探测载荷研制等方面取得了一系列研究成果。本研究得到了国家自然科学基金、民用航天技术预先研究项目、山东省自然科学基金、澳门科学技术发展基金、山东大学(威海)青年未来学者计划等基金的资助。

原文链接：Qiao, L., Xu, L., Head, J. W., Chen, J., Zhang, Y., Li, B., Ling, Z., 2024. Geological evidence for extensive basin ejecta as plains terrains in the Moon’s south polar region. Nature Communications, 15, 5783. https://doi.org/10.1038/s41467-024-50155-w