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展不同幾何光照條件對光譜影響的研究。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，只有嫦娥三號和嫦娥四號成功軟著陸于月表，并且分別攜帶了月球車（玉兔一、二號），對月壤進(jìn)行了可見-近紅外成像光譜儀的原位測量。2019年1月3日，嫦娥四號降落在月球背面南極‐艾肯盆地的馮卡門撞擊坑，并開展了巡視探測（圖1a），期待獲得月球的深部物質(zhì)組成。在嫦娥四號著陸后的第四個(gè)月晝，玉兔二號首次開展了不同光照幾何條件下，月表原位光譜測量實(shí)驗(yàn)（圖1b）。

　　中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員林楊挺團(tuán)隊(duì)利用玉兔二號在第四月晝測量的光譜，首次推導(dǎo)出覆蓋可見光-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)間長達(dá)36億年，月壤已被均勻地混合，這與玉兔二號拍攝的全景圖一致（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)絕佳的場所。實(shí)驗(yàn)采用月球車在中心旋轉(zhuǎn)一定角度，并對周邊月壤進(jìn)行光譜測量的方式進(jìn)行。實(shí)際測量的區(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），并且隨波長變化（圖3b）；從特定相角到30度相角的校正系數(shù)隨波長的增加而減小（圖3c）；對于每個(gè)波長的反射率，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)可為月球探測的可見光-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）不同波長之間相位函數(shù)的對比；（d）歸一化到750 nm 的相位函數(shù)