［本站讯］近日，山东大学空间科学攀登团队行星科学课题组与中国科学院空间应用工程与技术中心数字月球研究团队联合绘制了新的月海单元镁铁质矿物含量分布图，研究成果以“New maps of mafic mineral abundances in global mare units on the Moon”为题联合发表在国际期刊ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing（中科院一区Top，影响因子10.6），山东大学为第一完成单位。

现有月球矿物分布图主要基于Apollo和Luna任务返回的样品（>30亿年），难以代表广泛分布的年轻月海单元，限制了矿物反演模型的适用性与精度。嫦娥五号任务于2020年采回了年龄约为20亿年、TiO₂含量达5.7 wt.%的月海玄武岩样品，填补了年轻玄武岩样品的空白。嫦娥工程返回样品显著拓展了月球样品的时空覆盖性，为优化矿物反演模型和理解月球晚期火山演化提供了重要支撑。

图1 月球镁铁质矿物反演技术流程图

图2 月球月海镁铁质矿物分布图

本研究以嫦娥五号和Apollo等月球样品生成的衍生光谱作为训练集，原始光谱作为验证集，训练了包含高钙辉石、低钙辉石和橄榄石三个独立PLS（偏最小二乘）子模型的反演框架（图1）。PLS方法具备低样本需求、模型结构简洁的优势，本研究充分发挥PLS在降维建模中的特性，通过最小化反演值与实测值之间的误差，迭代优化模型参数，构建了适用于月球遥感数据的全新矿物反演模型。将模型应用于月球矿物绘图仪（M³）高光谱数据，绘制了月球月海镁铁质矿物分布图（图2）。为评估Apollo与嫦娥五号样品在矿物反演中的适用性，本研究采用留一验证评估模型的精度，结果显示三种镁铁质矿物反演的总体均方根误差（RMSE）为6.2 wt.%，其中高钙辉石（R²=0.78）和橄榄石（R²=0.82）拟合优度较高，低钙辉石（R²=0.72）适中。

镁铁质矿物（如橄榄石和辉石）是月球岩浆活动的直接产物，其在月表的空间分布不仅反映了月幔物质的组成特征，也记录了月球内部的热演化历史。本研究所绘制的月球月海镁铁质矿物分布图（图2）显示，大多数玄武岩单元以高钙辉石为主，平均含量为48.4±8.1 wt.%，在风暴洋东北侧、雨海西南侧和岛海地区尤为突出，而低钙辉石（平均38.2±7.9 wt.%）在不同单元中变化较大，年轻玄武岩单元普遍贫低钙辉石而富集高钙辉石。通过分析月海玄武岩单元矿物含量与化学成分关系发现，当Mg#≤60和FeO≥15 wt.%时，高钙辉石是主要的辉石，其含量在不同单元无明显变化；当Mg#>60和FeO<15 wt.%时，高钙辉石和低钙辉石含量表现出显著的变化趋势，反应了高地溅射物对玄武岩单元的混染。在高钛、中钛和低钛单元中，高钙辉石含量随TiO₂含量下降而减少，而橄榄石在中钛至低钛单元含量略有降低。本研究所发布的月海玄武岩镁铁质矿物分布图不仅为深入理解月球火山作用及其演化机制提供了基础数据，还可为未来月球探测任务中的着陆区选择、巡视和采样路径规划以及月球原位资源利用等提供参考。

近年来，山东大学空间科学攀登团队行星科学课题组围绕深空探测国家战略需求，在行星遥感与光谱学、行星地质学与行星化学、行星探测载荷技术等方面取得了一系列研究成果，已在Nature Astronomy、Nature Communications、Science Bulletin、NSR、CEE等期刊发表SCI论文170余篇。团队先后承担了国家重大专项、基金委重点及面上等项目。以上研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后科学基金等项目资助。