近期，中国科学院紫金山天文台行星光谱学研究团组对月球南极地区矿物与挥发分开展了研究，获得了南极的矿物组成及OH/H₂O空间分布特征。成果先后发表在Planetary and Space Science和Geophysical Research Letters上。

月球自转倾角很小，两极地势低洼的区域终年无法被阳光直射，存在永久阴影区。理论研究认为永久阴影区可能储存有水冰资源。因而月球南极地区具有极高的科学研究和资源利用价值。多个国家已将月球南极地区作为未来对月球探测的重点区域，例如中国探月四期工程（嫦娥七号、嫦娥八号）、美国Artemis计划等均计划对月球南极地区实施探测。

研究团队对月球矿物制图仪（M³）数据进行了多种校正，利用校正后的数据生成了多种光谱指数图，分别表征辉石、橄榄石（图1）、斜长石（图2）及赤铁矿（图3）。结果表明，月球南极地区的主要铁镁质矿物为富镁低钙辉石，没有发现明显的橄榄石。SPA盆地内环地区的斜长石丰度相对较低，外环和南极高地区域的斜长石含量较高，表明这些地区的表面是高度长石化的，但是未发现最纯斜长岩。月球正面相比背面更加富含赤铁矿，这种差异可能是由于到达月球正面的地球风所携带的氧与月表低价铁发生氧化反应的结果。SPA内环区域几乎没有类赤铁矿物质的出露。

月表OH/H₂O含量受到地方时、纬度、成熟度和成分等多种因素的影响。月球南极同一区域有大量重复观测数据，可以消除纬度、成熟度及矿物组成的影响，是研究月球表面OH/H₂O日变化和空间分布的理想场所。

研究团队基于重复观测的M³数据获得了月表OH/H₂O的日变化趋势。基于这一趋势去除地方时效应，并进一步探索月表OH/H₂O含量与矿物组成、成熟度、地球磁场屏蔽等因素的关系。结果表明，月表OH/H₂O含量直接受到瞬时温度的影响，随地方时呈抛物线型变化（图4），说明OH/H₂O含量和日变化程度均受到温度影响，存在纬度依赖性。OH/H₂O含量随地方时实时变化，说明OH/H₂O被持续的去除和恢复，即OH/H₂O处于太阳风注入和扩散的动态平衡之中。

两项研究论文的第一作者分别为紫金山天文台硕士研究生汪雯雯及博士后卢瑜，通讯作者均为吴昀昭研究员。研究得到国家自然科学基金项目、博士后面上项目和江苏省卓越博士后计划资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.pss.2023.105833

https://doi.org/10.1029/2023GL107499

图1. 月球南极地区1000 nm (a)和2000 nm (b)的吸收中心图。

图2. (a)月球南极地区1050/1250 nm比值图，Shackleton陨石坑被放大置于右侧(b)。

图3. 月球南极地区类赤铁矿物质的IBDs图

图4. (a)月球南极地区所有M³数据分布图。(b) 88°S-90°S区域。(c) OH/H₂O随地方时的变化。(d)入射角随地方时的变化。