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(mén)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)