2019年1月3日，嫦娥四号探测器着陆在月球背面南极-艾特肯盆地的冯·卡门撞击坑中，实现了人类首次月球背面软着陆。玉兔二号月球车所携带的探月雷达是一种利用电磁波对地下目标进行成像的探测方法，探月雷达通过双通道天线以不同探测深度与分辨率对浅表层结构进行探测。其中，第一个通道中心频率为60MHz，探测深度可达数百米，用于浅月壳的地质结构探测。第二个通道中心频率为500MHz，可以高分辨率的对月壤层的厚度和结构进行探测。
图1 玉兔二号月球车前12个月昼的路径图。（底图是由LROC于2019年6月3日拍摄，ID：M1314237625LR）
在前十二个月昼里，月球车行驶了将近300米的距离（图1），探月雷达对巡视路径下的月壤和浅表层结构进行了探测与数据采集。吉林大学地探学院的科研团队根据12个月昼的第二通道数据（图2a），对40米内的月壤以及各溅射物层位进行了详细的划分（图2b）。通过嫦娥四号第一通道数据的处理结果（图3a）与第二通道处理解释结果（图2），并结合冯·卡门撞击坑的地质事件，深入分析了着陆点的地质结构（图3b）。
图2 嫦娥四号探月雷达第二通道处理及解释结果（a）第二通道原始处理结果图（b）第二通道解释图
图3 嫦娥四号探月雷达第一通道处理及解释结果（a）第一通道原始处理结果图（b）嫦娥四号着陆点地质解释图
长期的陨石撞击与本地物质的相互作用形成了细粒月壤层（图3b中的i）。来自于雨海纪末期和爱拉托逊纪早期所形成的撞击坑（例如芬森撞击坑，冯·卡门L'撞击坑和冯·卡门L撞击坑等）的溅射物和古月壤物质交替作用形成了溅射物交互层（图3b中的第ii层）。在这之下的两个玄武岩单元（图3b中的iii和v）之间，存在一个厚度为达到20米的古月壤层（图3b中的iv）。图3b中vii和ix的雷达响应特征与单元iii和v的特征不同。vii层可能是由不同的熔岩流所形成的玄武岩层位。而ix层可能夹杂许多火山碎屑物质。而根据嫦娥四号着陆点周围撞击坑的形成历史时期与溅射物厚度经验公式表明，第viii层可能是由阿尔德撞击坑的溅射物堆积所形成的。
通过双通道探月雷达结果以及对嫦娥四号着陆点的地层解释结果，可以推测出：
1.在雨海纪末期和爱拉托逊纪的早期，冯·卡门撞击坑相比于其他撞击坑经历了更多复杂的地质活动。包括因为来自芬森撞击坑，冯·卡门L'撞击坑和冯·卡门L撞击坑等不同撞击坑的溅射物覆盖，以及与本地物质相互作用等地质活动。
2.在雨海纪全球范围内岩浆泛滥的背景下，冯·卡门撞击坑经历了至少四个期次和三种类型的玄武岩浆覆盖。最早的形成的玄武岩包含许多火山碎屑岩，而中期的岩浆活动可能没有那么剧烈，在温和的运动下形成了含有多层熔岩流痕迹的玄武岩熔岩层。而之后的岩浆活动相对纯净而直接，但是可能是由于月球内部的能量减弱，最后两个时期的玄武岩浆喷发体量有所减少，形成了两个较薄的玄武岩层。这些信息表明，在冯·卡门撞击坑地区甚至在南极-艾特肯盆地，在雨海纪的不同阶段，玄武岩浆的来源和类型都有所不同。
上述成果发表在地球科学领域的顶级期刊《Geophysical Research Letters》上。
Ling Zhang(张领), Jing Li*(李静，通讯作者), Zhaofa Zeng(曾昭发), Yi Xu(徐义), Cai Liu(刘财), Shengbo Chen(陈圣波). Stratigraphy of the Von Kármán Crater Based on Chang'E‐4 Lunar Penetrating Radar Data. Geophysical Research Letters. 47(5): e2020GL088680. DOI: 10.1029/2020GL088680.
