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　　近日，中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所與中國電子科技集團(tuán)公司第二十六研究所合作項目《月球及行星表面圖譜原位探測方法與關(guān)鍵技術(shù)》，獲得上海市技術(shù)發(fā)明一等獎。嫦娥三號、嫦娥四號配備的中科院上海技術(shù)物理研究所研制的一臺成像探測設(shè)備，便是依據(jù)這項技術(shù)創(chuàng)制。

　　察看月球表面礦物組成

　　赤橙黃綠青藍(lán)紫，組成人類眼中的多彩世界。在肉眼可見的紅光之外，還有頻率更低的紅外線，又稱“紅外熱輻射”。紅外成像光譜儀是由中科院上海技術(shù)物理研究所研制的一臺成像探測設(shè)備，能感知人眼無法察覺的紅外光譜，安裝在嫦娥三號“玉兔”、嫦娥四號“玉兔二號”月球車的正前方，就像一只敏銳的眼睛，能仔細(xì)察看月球表面礦物組成。

　　紅外成像光譜儀具備可見近紅外譜段(0.45—0.95μm)的光譜成像功能，可為研究人員獲取月球表面圖像信息；還具備短波紅外譜段(0.9—2.4μm)的光譜探測功能，可根據(jù)光譜來鑒別物質(zhì)，以及確定物質(zhì)的化學(xué)組成和相對含量。在月球車的輔助下到達(dá)指定科學(xué)考察點后，紅外成像光譜儀能對車前方約0.7米的月表進(jìn)行精細(xì)光譜信息獲取，為巡視區(qū)礦物組成分析提供科學(xué)探測數(shù)據(jù)。

　　嫦娥三號、嫦娥四號紅外成像光譜儀采用了新型的圖譜原位探測方法，其中的兩大技術(shù)亮點：一是采用新型分光技術(shù)，即射頻驅(qū)動聲光可調(diào)濾光技術(shù)；二是使用新型電機，即超聲電機，均是我國自主可控的關(guān)鍵技術(shù)，且在嫦娥三號紅外成像光譜儀上得到了首次空間應(yīng)用。聲光可調(diào)濾光器等效于一組窄帶濾光片，通過改變施加于聲光可調(diào)濾光器上的驅(qū)動頻率，能靈活地進(jìn)行波長快速切換，實現(xiàn)全光譜范圍內(nèi)光譜及圖像數(shù)據(jù)的獲取。輕型超聲電機則負(fù)責(zé)實現(xiàn)定標(biāo)、防塵、隔熱功能的可靠切換。

　　總體而言，嫦娥三號、嫦娥四號的紅外成像光譜儀具有高性能、輕小型、高集成特點，能適應(yīng)-20℃至55℃的工作以及-50℃至70℃的存儲溫度環(huán)境，滿足儀器在月球表面的晝夜生存需求。嫦娥三號紅外成像光譜儀是國際上第一臺成功實現(xiàn)月球表面近距離原位光譜探測的科學(xué)儀器。嫦娥四號紅外成像光譜儀繼承了嫦娥三號的設(shè)計和工作模式，但經(jīng)歷了多年技術(shù)積累和內(nèi)部軟件不斷迭代后，儀器進(jìn)一步提升了工作效率，同時也提高了定量化水平。

　　揭開月球背面的神秘面紗

　　由于自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)周期相同，月球永遠(yuǎn)只有一面朝向地球，這種現(xiàn)象在天文學(xué)中被稱為“潮汐鎖定”。因此，月球背面的“容貌”，總是引發(fā)人類的好奇與大膽猜測。2019年1月3日，嫦娥四號探測器成功著陸在月球背面預(yù)選著陸區(qū)，同日玉兔二號巡視器與著陸器分離，攜帶的紅外成像光譜儀成功獲取著陸區(qū)兩個探測點的高質(zhì)量光譜數(shù)據(jù)，并通過“鵲橋”中繼星傳回第一張近距離拍攝的月背光譜影像圖，揭開了月球背面的神秘面紗。

　　今年5月16日和17日，“沉睡”已久的嫦娥四號著陸器和玉兔二號月球車分別“蘇醒”。在嫦娥四號踏上月球的500天中，利用紅外成像光譜儀探測的原位光譜探測數(shù)據(jù)，我國科學(xué)家取得了多項成果，其中主要有兩大發(fā)現(xiàn)：一是揭示了月球背面的物質(zhì)組成，二是驗證了月幔富含橄欖石。與地球類似，科學(xué)家將月球內(nèi)部構(gòu)結(jié)構(gòu)分為月殼、月幔和月核，位于表面的月殼厚約60至65千米，月殼以下至1000米處為月幔，月幔占據(jù)月球體積一半以上，包裹月球最深處的月核。

　　月幔主要由哪些物質(zhì)構(gòu)成，長期困擾各國科學(xué)家。2019年5月16日，一項重大發(fā)現(xiàn)在線發(fā)表于國際科學(xué)期刊《自然》上，中科院國家天文臺李春來團(tuán)隊利用嫦娥四號就位光譜探測數(shù)據(jù)，證明月球背面南極艾特肯盆地(SPA)存在以橄欖石和低鈣輝石為主的深部物質(zhì)，為月幔物質(zhì)組成提供了直接證據(jù)。

　　在嫦娥四號多臺科學(xué)有效載荷中，紅外成像光譜儀是唯一一臺服務(wù)于月球礦物組成探測與研究的科學(xué)儀器，可獲取毫米級空間分辨率的月壤高光譜圖像及紅外光譜數(shù)據(jù)。上海的這項技術(shù)突破，為進(jìn)一步了解月球形成與演化提供了支撐。