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月球吕姆克地区微波辐射特性及月壤参数反演研究

吕姆克地区的克莱门汀 750nm光学影像

吕姆克地区的克莱门汀 750nm光学影像

吕姆克地区的月壤厚度

吕姆克地区的月壤厚度

(神秘的地球uux.cn报道)据EurekAlert!:嫦娥五号是中国首个在月球表面采样并返回的卫星,其着陆位置初步定为月球正面风暴洋北部的吕姆克地区,该地区具有较长的火山历史和复杂的地质组成。为进一步确定采样点位置,研究者们对该区域展开了研究。

研究相关的论文题目为:“Research on microwave radiation features and lunar regolith parameters inversion of the Rümker region(月球吕姆克地区微波辐射特性及月壤参数反演研究)”,近期发表于《中国科学:地球科学》中英文版,由中国科学院国家空间科学中心的王振占研究员担任通讯作者撰写。研究者基于月球微波探测仪数据对吕姆克地区的昼夜微波辐射特性进行了分析,并利用最小二乘法对该区域内的月壤介电常数和厚度进行了反演和分析,最终给出了推荐的采样区域和应该避开的区域。

嫦娥五号着陆区采样点位置的选取问题需要综合考虑多种因素, 如光照与通信条件、地形地质条件、月面热物理特性和月壤成分、厚度、密度特性等。在此之前,众多专家学者分别针对不同的影响因素对该地区展开了研究,但关于月壤参数的研究较少。

月壤参数的反演主要基于4个频率通道(3GHz、7.8GHz、19.35GHz和37GHz)的CELMS亮温数据,由于不同频率的穿透能力不同,故可得到不同月表深度下的辐射情况,这也是月壤厚度反演的理论基础。亮温同有效温度(探测深度内的加权温度)是直接相关的,在实际的工作中,由于缺乏实测的温度数据,月表的温度是由模拟亮温计算而来。既然是模拟必然存在误差,所以需要使用37GHz的昼夜亮温对有效温度进行修正。

模拟亮温是由多层月壤的辐射传输模型计算而来,模型将月表划分为月壤和月岩,月壤可进一步划分为多层,月岩视为底层, 每层都假定为物质成分均匀且温度恒定。通过计算每层能量的发射和反射情况来模拟月表的辐射情况。

介电常数和月壤厚度的反演主要依据最小二乘法,寻找一个最佳解使得模拟值和实测亮温的差值平方和最小,月壤厚度的反演使用上一步介电常数反演的结果,最终研究区内的月壤厚度分布如图2所示。

由图2可知,研究区域的西北部具有最大的月壤厚度,大于6m,考虑着陆器的平稳着陆及钻孔采样的可行性问题,该区域可作为候选区。而吕姆克E地区的月壤较薄,建议避开。

另外,为了减小昼夜温度对亮温影响, 更多地突出月壤参数信息, 引入昼夜亮温归一化系数。该系数不仅可以显示昼夜温差,在一定程度还可以表示月壤的介电特性和厚度,所以可以对反演的结果起到验证作用。

这一研究结果不仅从昼夜微波辐射特性、月壤介电特性和厚度等方面为嫦娥五号卫星的着陆和采样点位置的选取提供参考,对于CELMS数据的深度挖掘和应用推广也具有重要的科学意义。

更多详情请阅原文: 王雪影, 王振占, 姜景山, 张德海. 2021. 月球吕姆克地区微波辐射特性及月壤参数反演研究. 中国科学: 地球科学, 51(7): 1018–1027, doi:10.1360/SSTe-2020-0212 https://www.sciengine.com/publisher/scp/journal/SSTe/doi/10.1360/SSTe-2020-0212?slug=fulltext

Wang X, Wang Z, Jiang J, Zhang D. 2021. Research on microwave radiation features and lunar regolith parameters inversion of the Rümker region. Science China Earth Sciences, 64(6): 1005-1014, https://doi.org/10.1007/s11430-020-9739-2




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