四大科學目標包括

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　　獲取月球表面三維影像，分辨率優于10米。利用CCD立體相機獲取高分辨率的月球表面三維影像，結合激光高度計獲取的月表地形高程數據，可獲取月球表面高精度地形數據，為后續著陸區優選提供依據，同時為劃分月球表面的地貌單元精細結構、斷裂和環形構造，提供原始資料。

　　探測月球物質成分。利用經技術改進的γ射線譜儀和X射線譜儀，可以探測月球表面9種元素——硅、鎂、鋁、鈣、鈦、鉀、釷、鈾的含量與分布特征，獲得更高空間分辨率和探測精度的元素分布圖。

　　探測月壤特性。利用微波探測技術，測量月球表面的微波輻射特征，獲取3.0GHz、7.8GHz、19.35GHz、37GHz的微波輻射亮度溫度數據，估算月壤厚度。

　　探測地月與近月空間環境。嫦娥二號衛星在軌運行期間正是太陽活動高峰年，是探測研究太陽高能粒子事件、CME、太陽風，及它們對月球環境影響的最佳探測時期。

　　利用太陽高能粒子探測器和太陽風離子探測器，獲取行星際太陽高能粒子與太陽風離子的通量、成分、能譜及其隨時空變化的特征，可研究太陽活動與地月空間及近月空間環境的相互作用；獲取地月空間環境數據，可為后續探月工程提供環境科學數據。

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