利用光學(xué)遙感手段獲取的月球表面成分、粒徑、空間風(fēng)化等信息是理解月球形成與演化歷史的重要參考，準(zhǔn)確獲取這些信息的一個(gè)必要條件之一就是要理解月壤的光度特性。美國阿波羅計(jì)劃的采樣在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了月壤光度特性的測量，但是采樣返回的月壤被擾動(dòng)過了，而在實(shí)驗(yàn)室中模擬月球環(huán)境和月壤堆積狀態(tài)是比較困難的，因此無法判斷月壤原始狀態(tài)下的光度特性。在嫦娥四號(hào)成功登陸月球背面后的第十個(gè)月晝，玉兔二號(hào)月球車?yán)盟鶖y帶的可見光和近紅外成像光譜儀，從旭日東升到日影西斜對(duì)同一個(gè)區(qū)域的月壤進(jìn)行了持續(xù)的光譜探測，為科學(xué)家提供了理解月壤光度特性的絕佳機(jī)會(huì)。

　　圖一：玉兔二號(hào)月球車在月面進(jìn)行光度測量實(shí)驗(yàn) (A&A封面圖)

　　近期，中科院國家空間科學(xué)中心空間天氣學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉洋研究員與中科院地質(zhì)與地球物理所林楊挺研究員團(tuán)隊(duì)合作，基于嫦娥四號(hào)可見光和近紅外光譜數(shù)據(jù)，研究了原始狀態(tài)下月壤的光度特性。在第十個(gè)月晝的科學(xué)探測中，玉兔二號(hào)一天保持不動(dòng)，利用攜帶的可見光和近紅外成像光譜儀對(duì)同一月壤區(qū)域進(jìn)行了探測（如圖一所示），并通過太陽的升落調(diào)節(jié)了觀測的幾何配置。由于月球表面有許多大小不一的撞擊坑，月球表面也因此崎嶇不平，而地形的起伏會(huì)極大地改變局地光照和儀器觀測角度。利用月球車攜帶的避障相機(jī)的立體成像，研究團(tuán)隊(duì)生成了光譜測量區(qū)域的DEM數(shù)據(jù)，計(jì)算出了垂直于月球車觀測方向坡度（如圖二所示），并推導(dǎo)出了受地形影響后的角度與原始角度之間的關(guān)系公式（如圖三所示），最終基于此關(guān)系和坡度值，對(duì)光譜進(jìn)行了地形校正。

　　圖二：測量月壤區(qū)域的高程（DEM）及平行和垂直于月球車觀測方向的坡度

　　圖三：地形對(duì)光照和觀測角度影響示意圖

　　利用地形校正后的光譜數(shù)據(jù)，研究人員提取了月壤的相位曲線，并利用三參數(shù)Hapke輻射傳輸模型擬合相位曲線的方法，獲得了包括單次散射反照率和相位函數(shù)兩個(gè)參數(shù)在內(nèi)的光度散射月壤特性。研究結(jié)果表明，著陸區(qū)原始月壤顆粒的散射波瓣要高且窄得多，表現(xiàn)出更強(qiáng)的前向散射特性（如圖四所示）。從原位測量中獲得的光度參數(shù)為理解月壤的散射特性提供了重要依據(jù)，進(jìn)行地形校正后的光度參數(shù)對(duì)于獲得著陸區(qū)更可靠的礦物豐度是至關(guān)重要的，同時(shí)，研究結(jié)果也為軌道數(shù)據(jù)的光度校正提供了關(guān)鍵的地面真值。

　　圖四：Henyey-Greenstein相位函數(shù)參數(shù)b和c的關(guān)系，表征月表礦物顆粒的散射特性。

　　該論文是劉洋研究員和林楊挺研究員基于玉兔二號(hào)第十個(gè)月晝的獨(dú)特?cái)?shù)據(jù)合作文章系列的下篇，共同第一作者是中科院地質(zhì)與地球物理所博士后林紅磊和國家空間科學(xué)中心博士后楊亞洲。上述結(jié)果于近期發(fā)表在國際一流期刊Astronomy & Astrophysics上，并被選為當(dāng)期的封面文章。

　　論文鏈接：https://www.aanda.org/articles/aa/abs/2020/06/aa37859-20/aa37859-20.html 

      相關(guān)鏈接：空間中心科研人員在利用嫦娥四號(hào)數(shù)據(jù)分析觀測角度對(duì)光譜解譯影響方面取得新進(jìn)展（上篇）