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日前，“月球及行星表面原位探测方法及关键技术”获上海市科技进步奖一等奖，由中国科学院上海技术物理研究所与中国电子科技集团公司第二十六研究所共同完成，基于此项技术，研制出了装有红外成像光谱装置的嫦娥3号和嫦娥4号。
什么是红外线成像分光计？
赤橙黄绿蓝紫，构成了一个五彩缤纷的世界，在人类的眼里。除了可见于肉眼的红光外，还有较少的红外线，也称为红外热辐射。红外线成像仪是由中科院上海技术物理研究所研制的一种成像探测设备，它能探测出人眼看不到的红外线，安装在嫦娥三号、嫦娥四号“玉兔”和“玉兔二号”月球车的正前方，像一只锐利的眼睛，观察月球表面的矿物成分。
红外线成像仪具有可见近红外线波段(0.45~0.95μ m)的光谱成像功能，可为研究人员获取月球表面的图像信息；短波红外线波段(0.9~2.4μ m)具有光谱探测功能，可根据物质的光谱进行鉴别，并能确定其化学成分和相对含量。由月球车协助到达指定的科学探测点后，利用红外成像光谱仪可获得月表前0.7米左右的精细光谱信息，为月面巡视区矿物成分分析提供科学的探测数据。
玉兔月球车受访单位图
三号、四号嫦娥红外成像光谱仪采用了原位检测的新方法，其中两个技术亮点：一是采用了射频驱动的可调光滤光器新技术，二是采用了新型电机—超声电机，这两个技术都是我国自主可控的关键技术，并在嫦娥三号红外成像光谱仪上首次获得空间应用。
它相当于一组窄带滤波器，通过改变声光可调滤光器的驱动频率，使其能够灵活地快速切换波长，实现全光谱范围内的光谱和图像数据采集。小型超声波马达则负责实现可靠的定标、防尘、保温切换功能。
总的来说，嫦娥3号和4号的红外成像光谱仪性能优异，体积小，集成度高，能够适应-20~+55º C的工作环境和-50~+70º C的储存温度环境，满足了仪器月面昼夜运行的需要。“嫦娥三号”红外成像光谱仪是国际上首台能成功探测月球表面近距离原位光谱的科学仪器。在继承嫦娥三号的设计和工作模式的基础上，经过多年的技术积累和内部软件的不断迭代，嫦娥四号红外成像光谱仪在提高工作效率的同时，也提高了定量化水平。
红外线成像分光计测量单元供图
红外线成像分光计“看到”什么？
因为月亮的自转和公转周期相同，所以它永远只有一个面朝向地球，这个现象在天文上叫做“锁定潮汐”。所以，月球背面的外表，总是会引起人们的好奇和大胆猜测。嫦娥四号于2019年1月3日成功登陆月球背面预选着陆区，玉兔二号于当日与着陆器分离，携带红外线成像光谱仪，成功获得着陆区两个探测点的高质量光谱数据，并通过“鹊桥”中继恒星，传回世界首张近距离拍摄的月背光谱影像，揭开了月球背面神秘面纱。
全球第一张近距离月背影像图来源：中国探月工程微信公众号
2020年5月17-16日，“沉睡”已久的嫦娥四号着陆月球车和玉兔二号月球车分别“苏醒”。我国科学家在登月500天的过程中，利用红外成像光谱仪探测到的原位光谱探测数据，已经取得了许多成果，其中主要有两个重大发现：第一个发现揭示了月球背面的物质组成；第二个发现验证了月幔富含橄榄石。
科学家们将月球内部构造与地球相似，分为月壳、月幔和月核，月壳在表面约60-65千米厚，月幔在月壳下方1000米处，月幔占月球体积的一半，包裹着月球最深处的月核。月幔的主要成分是什么？它长期困扰着各国科学家。2018年5月16日，一项重大发现发表在国际科学杂志《自然》上： NASA国家天文台李春来团队利用嫦娥四号的就位光谱探测数据，证实在月球背面的南极艾特肯盆地(SPA)中存在深部物质，主要由橄榄石和低钙辉石组成，为月幔物质组成提供了直接证据。
红外成像光谱仪是嫦娥四号多个科学载荷中唯一一台为探测和研究月球矿物成分提供服务的科学仪器，它可以获取月壤的高分辨率毫米级空间分辨率图像和红外光谱数据。这一技术突破，为进一步了解上海市月球的形成和演化提供了支持。
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