遥感在月球探测中扮演重要的角色，将人类对月球的认识扩展至全球尺度。光谱遥感在其中占据了重要的地位，自 20 世纪 90 年代月球研究全面进入遥感探测开始，几乎每次月球探测任务均搭载了光谱类载荷，目的是对月球全球的物质成分信息进行全面了解。我国嫦娥探月工程从嫦娥三号到嫦娥六号任务实施了原位光谱探测，可以在更精细尺度上研究月表风化层的特征，并可以为样品采集提供背景支撑。在月球科学研究中，基于光谱对月表物质类型的定性识别具有很好的可靠性，在月壤风化程度方面也具有很好的指示，为地质分析、空间环境与月面作用研究等方面提供了关键的信息。然而，随着月球科学研究的深入，对遥感定量化的需求越来越迫切，但光谱遥感受地外天体复杂探测场景中多要素的耦合作用，严重影响了物质成分精确反演。从光谱数据的获取到定量化科学信息的提取，需要经过多个层次的定标来保证结果的可靠性，主要包括数据本身的定标（数据测的准不准）、反演模型定标（模型算的准不准）、遥感产品真实性检验（实际分析结果可不可靠）。本次报告将主要从这三个方面阐述月球光谱遥感探测定标的过程及嫦娥样品在其中起到的作用，梳理目前存在的问题，并提出进一步增加遥感结果可信度的探测建议。

嫦娥六号任务成功采集并带回了 1935.3 克月球背面样品，为研究月球岩浆活动和地质演化提供了关键科学依据。样品返回地区的地质背景研究对于解析其来源和组成至关重要。嫦娥六号着陆区具有丰富的月球地貌特征，如月海玄武岩平原、皱脊构造和多种类型的撞击坑等。嫦娥六号着陆于阿波罗盆地南缘的年轻玄武岩单元，这是研究月球背面火山活动的典型区域。区域玄武岩的物质组成特征、玄武岩单元年代、地层厚度和分布范围对于认识月球背面晚期火山活动特性具有重要参考价值。因此，嫦娥六号月球样品中月海玄武岩岩屑的研究将为精细刻画月球背面火山活动特征提供月面真值。另一方面，嫦娥六号月球样品中的非月海岩石的研究也具有极其重要的科学价值。嫦娥六号着陆区位于月球南极-艾肯盆地，它是已知月球最大、最深且最古老的撞击盆地，为研究月壳与月幔演化提供了天然剖面。阿波罗盆地位于其东北盆缘，受东海和奥本海默等撞击盆地溅射物的影响明显。遥感数据显示，嫦娥六号着陆区西北方向的 Chaffee S 撞击坑可能带来了非月海的高镁物质，为进一步揭示月球深部物质组成和月壳成因提供了契机。综上，嫦娥六号着陆区的地质背景研究为返回样品的地质成因、物质组成和演化过程提供了重要科学依据。这些研究不仅加深了对月球背面独特地质特征的理解，也将为未来月球探测任务和样品分析提供参考。

月球南极-艾肯（South Pole–Aitken）盆地是月球表面最大（2400 ×2050 km）、最深（13 km）、最古老（4.26 Ga）的撞击盆地，其中心坐标为(53°S, 191°E)，现有数值模拟研究结果表明其形成过程剥蚀了月壳，挖掘出了月幔物质，撞击后在盆底中心形成了最大厚度约 60 km 的撞击熔岩，这些撞击熔岩在后期冷凝过程中发生分异，可能是该区域苏长岩的主要成因。SPA 盆地形成过程中挖掘出的大量月壳物质抛洒到周围，其在盆底边缘处的最大厚度将近 100 km，这也可能是导致月球背面月壳明显比正面厚的原因；另外，在 SPA 形成过程中的陨石残留物散落在盆地北侧，这与当地磁异常的分布一致，因此 SPA 的形成过程可能也对月球磁场的演化具有重要意义。然而目前针对 SPA 形成过程的数值模拟主要是基于二维模型，在少量的三维模型中，有的研究重点关注溅射物的分布，因此没有模拟SPA 的整个形成过程，有的利用动态网格分辨率，在节约计算量的同时却降低了溅射物的分辨率，这就导致在月球 SPA 形成时的温度剖面、瞬时撞击坑大小等方面存在较大差异，因此有必要对其形成过程展开高精度的数值模拟。因此我们开发了超高速撞击三维数值模拟程序 SALEc (Simplified Arbitrary Lagrangian-Eulerian for crater)，该程序结合了拉格朗日法与欧拉法的优点，可以在确保稳定性的同时包含多种物质，与实验室结果及其他程序结果的对比也验证了该模拟程序的可靠性，而且通过使用 Message Passing Interface (MPI)算法极大地提高了计算效率。在工作中我们尝试了陨石撞击角度和速度、靶体初始温度剖面、陨石直径等对撞击结果的影响，并利用示踪粒子法分析溅射物的分布规律，发现当靶体温度梯度为 20~30 K/km、撞击角度为 25°~30°的条件下得到的盆地大小与观测结果较为吻合。除了前人研究中发现的规律之外，我们的结果还表明，虽然在 SPA 盆地形成过程中大量月壳物质被挖掘溅射出去，但是在盆底边缘处有部分月壳物质被挤压到月球深处，这些物质相对于周围高密度的月幔物质密度小，由此产生的浮力将使其向上循环，这可能是 SPA 盆地内部高铝玄武岩出现的原因。

南极艾特肯（SPA）盆地是月球上已知最古老、最大的撞击坑，但它的形成也是月球科学领域最大的问题之一。该盆地是太阳系早期行星动力学的直接印迹，但其形成时间一直没有准确限定，它对月球早期壳幔演化过程有何影响亦不清楚。已有研究试图通过陨石坑定年、阿波罗样品和陨石样品限定 SPA 盆地的形成时间，但这些结果有很大的不确定性。遥感数据显示，SPA 盆地内环的非月海区域被认为是下月壳或上月幔暴露物质，或为大型撞击岩浆池分异的产物。因此，通过这类非月海物质的研究，可能为 SPA 撞击事件或月球深部物质组成提供关键信息。此外，阿波罗盆地内环和外环的非月海区域也被不同类型的苏长质岩石覆盖，这类物质可能是嫦娥六号样品中溅射物的重要源区，有潜力为阿波罗盆地的形成时间提供重要约束。嫦娥六号样品中的苏长岩颗粒，极有可能有多种来源。厘清这些苏长质颗粒的成因与来源，是研究南极艾特肯盆地形成时间的基本前提。SPA大型撞击事件的动力学效应是月球科学研究悬而未决的重大科学问题。陨石坑撞击模拟结果显示，该大型撞击事件可将整个月壳掀开，导致上月幔暴露月表且发生强烈熔融，或导致部分月壳和上月幔发生混合熔融。撞击熔体聚集，可能形成大型岩浆池并发生结晶分异。此外，部分模拟工作揭示，南极艾特肯大型撞击可能导致月幔翻转和月球化学组成的不对称性。因此，该大型撞击事件必然导致艾特肯盆地之下的壳幔重组，形成物质组成和结构独特的南极艾特肯地体。目前的重力场数据并未对南极艾特肯盆地月壳内部结构进行详细划分，内部是否有分层结构尚不清楚。此外，大型撞击再造可形成的新生月幔和撞击岩浆池深部橄榄岩堆晶体，因此在探寻深部月幔物质过程中，需仔细甄别不同类型的富橄榄石物质。从嫦娥六号样品中遴选出南极艾特肯盆地内部的溅射物，结合区域重力场分析和热力学模拟计算，可望建立有样品数据支撑的南极艾特肯地体深部结构，探索月球早期这一独特的壳幔过程。

嫦娥工程“绕、落、回”的圆满成功，开启了我国月球与深空探测的新篇章。嫦娥五号返回了迄今为止已知最年轻的月球火山岩样品，将月球的火山活动时间延续了超过 10 亿年左右；嫦娥四号、六号分别首次在月球背面实现了着陆巡视探测和采样返回，使我国在月球探测领域开始实现超越。月球探测是在我国空间科学与应用领域的亮点和制高点，目前正在实施和论证嫦娥七和八号任务、国际月球科研站计划、以及载人月球探测等，这些任务的实施有望建立新的月球科学体系，在人类探索自然中做出中国贡献。报告将分析已往月球探测在工程技术上存在的能力不足，以及由此对月球认识的制约。在此基础上，思考如何充分发挥载人与无人探测的各自优势，月球科研站长时、连续、台网式综合探测的特色，讨论月球形成与演化的重大科学问题，分析可能的突破方向，提出相应的任务需求。有望突破的关键月球科学问题包括：（1）月球内部的核-幔-壳圈层结构、月球内部热流值及其空间分布；（2）月球内禀磁场的磁极方向、是否发生倒转、月球磁场发电机的起停时间和运行机制；（3）PKT 地体内玄武岩喷发在不同期次、同一期次不同空间位置上的演化、相应月幔源区的地球化学特征和水等挥发分含量的变化、以及月球的二分结构成因；（4）克里普岩的存在及其分布、含尖晶石深成岩、富橄榄石深成岩、火山碎屑岩、高演化度火山岩（如富硅火山穹隆、花岗岩等）的形成及源区特征；（5）大型撞击盆地的形成时间及其对月球的改造、 39 亿年月球晚期轰击事件的存在与否、撞击月表小行星的类型分布及其随时间的演变；（6）30 多亿年以来太阳风组成和通量的演变、地球风及其所记录的地球大气和磁场的演化信息等。这些问题的突破，将建立起月球起源和演化历史的新认识。为了实现上述科学突破，需要具备的工程和关键技术包括：（1）构建全月面综合地球物理台网，并具备连续、长期观测能力；（2）具备超长地质剖面的移动和科考能力；（3）月面特殊地形（撞击坑壁、熔岩管天窗壁等）的到达和探测采样能力；（4）月壤样品的超深钻取、样品分选富集等技术。