反射光譜是獲取月球表面成分的最重要手段，但是影響光譜的因素很多,。除月表的物質(zhì)組成,、物性和太空風(fēng)化程度之外，還受探測(cè)時(shí)的幾何因素影響,，包括入射角,、發(fā)射角和相位角。因此,，研究光照幾何因素的影響并進(jìn)行校正,，是準(zhǔn)確反演月表物質(zhì)組成、太空風(fēng)化程度等的前提,。通常是在實(shí)驗(yàn)室利用模擬月壤或阿波羅月球樣品開(kāi)展不同幾何光照條件對(duì)光譜影響的研究,。但是，即使是采用真實(shí)阿波羅月壤樣品,，其表面也已經(jīng)不是在月表時(shí)的原始狀態(tài),，因此模擬條件下測(cè)量的結(jié)果與真實(shí)月表可能有很大的差異。阿波羅計(jì)劃之后,，只有嫦娥三號(hào)和嫦娥四號(hào)成功軟著陸于月表,，并且分別攜帶了月球車（玉兔一、二號(hào)）,，對(duì)月壤進(jìn)行了可見(jiàn)-近紅外成像光譜儀的原位測(cè)量,。2019年1月3日，嫦娥四號(hào)降落在月球背面南極‐艾肯盆地的馮卡門撞擊坑,，并開(kāi)展了巡視探測(cè)（圖1a）,，期待獲得月球的深部物質(zhì)組成。在嫦娥四號(hào)著陸后的第四個(gè)月晝,，玉兔二號(hào)首次開(kāi)展了不同光照幾何條件下,，月表原位光譜測(cè)量實(shí)驗(yàn)（圖1b）。
中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員林楊挺團(tuán)隊(duì)利用玉兔二號(hào)在第四月晝測(cè)量的光譜,，首次推導(dǎo)出覆蓋可見(jiàn)光-近紅外波段（470-945 nm,， 5nm間隔）的月表原位光度函數(shù),，并利用光度函數(shù)將光譜校正到標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)角度（即光度校正），獲得了更準(zhǔn)確的月壤FeO含量和成熟度,。
由于著陸區(qū)的風(fēng)化層暴露時(shí)間長(zhǎng)達(dá)36億年,，月壤已被均勻地混合，這與玉兔二號(hào)拍攝的全景圖一致（圖2）,，這一均勻表面為進(jìn)行月球光度實(shí)驗(yàn)提供了一個(gè)絕佳的場(chǎng)所,。實(shí)驗(yàn)采用月球車在中心旋轉(zhuǎn)一定角度，并對(duì)周邊月壤進(jìn)行光譜測(cè)量的方式進(jìn)行,。實(shí)際測(cè)量的區(qū)域直徑小于5 m,，可以認(rèn)為是均一的表面，相位角覆蓋范圍39.6°-97.1°（圖1b）,。通過(guò)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),，相函數(shù)與相位角之間具有很好的相關(guān)性（圖3a），并且隨波長(zhǎng)變化（圖3b）,；從特定相角到30度相角的校正系數(shù)隨波長(zhǎng)的增加而減?。▓D3c）；對(duì)于每個(gè)波長(zhǎng)的反射率,，相位角越大,，校正到30度相位角的校正系數(shù)越大。
利用推導(dǎo)出的光度函數(shù)將光譜校正到標(biāo)準(zhǔn)的幾何角度（入射角30°,，出射角0°,，相位角3°），并利用校正后的光譜計(jì)算了月壤的FeO含量和光學(xué)成熟度（OMAT）,。未經(jīng)光度函數(shù)校正的反射率光譜,，對(duì)很小區(qū)域內(nèi)（直徑<5 m）月壤FeO含量和OMAT的反演有顯著的離散，F(xiàn)eO含量由9.0%到10.89%,，OMAT值由0.11到0.18,。作為對(duì)比，光度函數(shù)校正后的光譜,，給出的FeO含量和OMAT值都相當(dāng)一致,，標(biāo)準(zhǔn)偏差分別從13.5% （FeO）和35.7% （OMAT） 降低到0.7%和7.1%，顯示出反射光譜光度校正的重要性,。該研究所獲得的原位光度函數(shù)可為月球探測(cè)的可見(jiàn)光-近紅外相機(jī)和光譜儀的校準(zhǔn),、驗(yàn)證、比較和成分反演提供重要參考,。
研究成果發(fā)表于JGR-Planets,。
圖1 （a）玉兔二號(hào)月球車前四月晝的行駛路線；（b）不同光照幾何條件的光譜測(cè)量實(shí)驗(yàn)示意圖
圖2 實(shí)驗(yàn)區(qū)域的全景照片
圖3 嫦娥四號(hào)著陸點(diǎn)月面相位函數(shù),。（a）相位函數(shù)在500nm和750nm處的擬合,，f（α）為相位函數(shù),；（b） 470-945nm的相位函數(shù)；（c）不同波長(zhǎng)之間相位函數(shù)的對(duì)比,；（d）歸一化到750 nm 的相位函數(shù)