“嫦娥一号”多通道微波辐射计测量估算全月球月壤层氦3含量

由太阳风注入月球表面月壤层的氦3(³He)是一种可供核聚变燃料使用的最有价值的月球资源之一. 以Apollo月壤样品为基础, 提出月表面³He含量与月表面归一化太阳风通量、月壤光学成熟度以及TiO₂含量之间成线性关系. 中国2007年10月24日首次成功发射的“嫦娥一号”(CE-1)探月卫星在世界上首次载有多通道微波辐射计, 用于测量月表面微波辐射亮度温度(brightness temperature, Tb). 本文根据CE-1观测的多通道Tb数据反演的全月球月壤层厚度, 估算全月球月壤层³He总含量约为6.6×10⁸ kg, 其中月球正面3.7×10⁸ kg, 月球背面2.9×10⁸ kg.     

“嫦娥一号”微波辐射计观测月球虹湾地区表面物理温度昼夜时间分布

由中国“嫦娥一号”(CE-1)微波辐射计对月球虹湾地区观测时刻相对应的太阳入射角与方位角, 由极点球面坐标系与月球观测点局部坐标系的转换关系, 得到CE-1 对月球虹湾区域(Bay of Rainbow, 拉丁文Sinus Iridum)观测的当地时间. 采用CE-1 微波辐射计观测数据, 得到月球虹湾地区当地不同时间的辐射亮度温度(T_b)变化分布. 由月表三层模型的热辐射传输理论, 结合CE-1 微波辐射计19 与37 GHz 通道的T_b 数据, 反演得到月球昼夜不同时段虹湾地区表面月尘层与月壤层的物理温度变化, 分析了影响虹湾地区月表面物理温度的主要因素.     

基于月表面赤道区域实时辐射亮度温度的风云4号毫米波热辐射定标

中国计划发射的地球同步卫星风云4号微波星(FY-4M)将搭载多通道的毫米波辐射计.工作频率从50～430 GHz,能实现区域高频重访气象观测,极大地提高了天气变化的监测与预报能力.在轨辐射定标是FY-4M辐射数据定量化应用的关键因素,由于月球表面物理与化学性质长期稳定,没有大气层等环境变化的影响,是FY-4M毫米波辐射计一个理想的定标源.本研究提出根据实时的日下点位置和日地距离,建立实时的太阳辐射强度模型;依据由克莱门汀750 nm数据得到月表面太阳反射率,以及月壤热物理参数廓线分布,求解一维热传导方程,推算月壤层物理温度廓线;用嫦娥2号37 GHz微波辐射亮度温度拟合,得到月表面正切损耗参数;用起伏逸散定理,计算FY-4M各毫米波频段的月表面辐射亮度温度.以此,给出月球赤道中心区域(0°N, 0°E)的表面物理温度和毫米波辐射亮度温度在2010年间随时间变化的关系,也比较了近日点和远日点附近月表面毫米波辐射亮度温度的差别.本研究提出的月表面实时毫米波辐射模型,可用于FY-4M毫米波辐射计数据的定标研究与应用.     

绕月探测工程科学探测成果

嫦娥一号是我国发射的第一个月球轨道探测器, 是中国月球探测工程“绕”、“落”、“回”发展战略的第一步. 嫦娥一号于2007年10月24日成功发射, 2009年3月1日受控撞月, 在轨运行494天, 其中环月飞行480天, 共获得了1.37 TB的原始数据, 并得到了大量月球数据产品, 填补了我国在月球和深空探测领域的空白. 那么, 嫦娥一号任务的圆满完成, 使我们获得了哪些重大科研成果和哪些具有自主知识产权的核心技术呢? ..............     

嫦娥一号的初步科学成果

嫦娥一号卫星是中国发射的第一个月球轨道探测器,是中国月球探测工程“绕”、“落”、“回”发展战略的第一步。嫦娥一号卫星于２００７年１０月２４日在西昌卫星发射中心成功发射,２００９年３月１日受控落月于东经５２．３６度、南纬１．５０度的丰富海区域,在轨运行４９５天,比预期一年的工作寿命延长４个多月,一共取得了１．３７TB的原始科学探测数据。通过对这些科学探测数据的初步分析和应用研究,已经获得了包括“中国首次月球探测工程全月球影像图”等在内的一系列科学成果,为推动中国月球科学和天体化学的研究和后续月球探测工程的开展奠定了重要基础。     

嫦娥一号探测器发现月球正面 “玉兔&rdquo|火山

月面白天日照情况下, 高海拔、高反照率地区反射阳光产生的辐射状光线, 会对其周围海拔低、地形变化缓慢、反照率低的地区带来显著的“灯下黑”照明效应的影响, 甚至把这些地区的地貌从光学波段 “隐藏” 起来. 利用嫦娥-1绕月探测器激光测高得到的地形DEM模型, 对比重力探测的历史结果, 在月球正面风暴洋西部(中心位于(14°N, 308°E)处), 从“灯下黑”区域新认证了一个直径约300 km, 高度约2 km的火山——暂时称为“玉兔”山. 还修正了“玉兔”山以北300 km左右的“桂树”火山三维地形. 该发现对研究月球正面演化过程有重要的参考价值.     

嫦娥二号的初步成果

嫦娥二号承担着试验直接奔月的新轨道,试验验证月面软着陆相关的关键技术的使命。嫦娥二号绘制了全月球7 m 分辨率的影像图和嫦娥三号着陆区虹湾分辨率为1 m 的高清图像,圆满完成各项科学探测任务。嫦娥二号在日地拉格朗日L2 点监测太阳活动,在距离地球700 万km处与4179 “战神”号小行星最近距离小于1 km的交会探测,拍摄到分辨率10 m的小行星形状、大小与表面结构的高清图像。当前嫦娥二号已经远离地球6 500 万km,成为绕太阳运行的人造小天体。     

中国探月工程

“嫦娥一号”月球探测卫星预计在2007年发射,它将完成四大科学任务。首要目的便是为月球“画像”,也就是要通过各种手段获取月球表面影像和立体图像。此外,还包括分析月球表面有用元素含量和物质类型的分布特点、探测月壤厚度以及地月空间环境。我国的探月工程将分三步实施。首     

月壤样品研究进展

月壤是研究无大气天体表面过程和月球演化的重要样品.自Apollo时代以来,月壤的相关研究如成因、组分及性质等均已取得了重要进展,并已对早期研究成果进行了详细总结和论述.随着嫦娥5号月壤样品的返回,关于月球样品的研究在我国获得前所未有的关注,亟需总结近年来月壤研究的重点领域及相关成果.本文基于月壤形成的过程,即继承的内部物质和遭受的外部改造,从月壤记录的太空风化作用和月球地质演化两方面综述了月壤研究的前沿成果.依据外部作用(太阳风、宇宙射线、陨石等)对月壤的改造,从以下四部分内容论述了太空风化作用对月壤组成的影响,即月壤中的水、挥发分、纳米相矿物、微陨石和陨石碎片.另一方面,月壤继承的月球内部物质均可用于月球演化研究,基于此总结讨论了全月壤、火山玻璃及岩屑的研究进展.最后,根据未来建设月球科研站的需要,从矿产资源、水和能源及月壤成型等方面概述了月壤资源利用的相关研究.通过总结月壤研究的主要成果,有助于发掘月球科学的前沿领域,为我国月壤样品的研究提供科学依据.     

撩开"月壤"的神秘面纱

在中国传统文化中,关于月亮的描绘是非常丰富的.赏着同一轮明月,诗人吟着"古月今照",儒生颂着"君子如月",道士数着"月圆月缺",禅客品着"月映万川"……月亮,并不是一个表里一致的星球,它是有结构的——它的表面覆盖着土壤,内部为月岩,我们看到的"月亮",实际上只是"月壤".2020年底,我国"嫦娥五号"探测器顺利登月,带回1731克月壤.我们就从月球地质学的角度来探究月壤的奥秘.     

月壤地质勘探的 "十八般武艺"

2020年12 月17 日,我国"嫦娥五号"探测器的返回器携带着1731 克珍贵的月壤样品安全返回地球.这是世界上第一次完全由计算机自主控制的月球采样任务.至此,我们才算是真正实现了古时"上九天揽月"的愿望,一览月壤的真容.但在取回样本之前,我们又是怎样了解和研究月壤的呢?     

中国将再续“嫦娥奔月”神话

我国首颗绕月探测卫星“嫦娥一号”目前已经开始初样研制,“嫦娥探月”工程已进入实施阶段。“嫦娥一号”卫星由中国空间技术研究院承担研制,主要用于获取月球表面三维影像、分析月球表面有关物质元素的分布特点、探测月壤厚度、探测地月空间环境等。目前这颗卫星已经进入初样研制阶段。在该阶段,将有电性星和结构星这2颗初样卫星来承担卫星测试工作。航天专家介绍,电性星的试验主要是用于一些带有电子性能设备的综合测试,结构星的试验主要是考核结构设计的合理性和整星上温度控制设计的合理性。这2颗初样星的结构制造现在已经完成,并开始整…     

“世界屋脊”大地形坡面探测同化信息对下游天气的预警效应

采用WRF模式多时间层三维变分同化技术(3DVAR), 将青藏高原及其周边地区AWS自动气象站观测网多要素资料同化进数值模式的初始场, 对发生于2008年1月中国南方及长江中下游特大雪灾天气进行数值模拟试验. 由于青藏高原具有极其陡峭的大地形坡面, 且高耸于对流层中部, 故分布于高原大地形“坡面”不同高度的自动站网观测要素, 将与无线电探空探测获取的大气“廓线”信息存在着某种程度的关联性, 其不仅在观测点高度、梯度特征, 而且在观测时间频数、“定点”、“定高”及其同步性等方面均具有不同于平原自动站、常规探空的特殊功能优势. 高原大地形坡面自动站网信息同化场亦可提供高原东部下游天气系统高敏感区前兆性“强信号”, 并实现模式高原及周边区域初始场大气动力、热力三维结构客观化调整, 从而提升下游区域灾害天气系统模拟与预报能力. 研究表明, 青藏高原及其周边地区自动站的水汽、温度、气压等资料同化信息对于预报下游区域的降水预报至关重要.     

中国将再续“嫦娥奔月”——2007年中国探月找“嫦娥”

我国首颗绕月探测卫星“嫦娥一号”目前已经开始初样研制，“嫦娥探月”工程已进入实施阶段。 “嫦娥一号”卫星由中国空间技术研究院承担研研制，主要用于获取月球表面三维影像、分析月球表面有关物质元素的分布特点、探测月壤厚度、探测地月空间环境等。目前这种卫星已经进入初样研制阶段。在该阶段，将有电性星和结构星这2颗初样卫星来承担卫星测试工作。 航天专家介绍，电性星的试验主要是用于一些带有电子性能设备的综合测试，结构星的试验主要是考核结构设计的合理性和整星上温度控制设计的合理性。这2颗初样星的结构制造现在已经完成，并开始整星测试。在这个基础上，再进行“嫦娥一号”正样卫星的研制，随后将进入卫星正样星的研制阶段。 此外，承担卫星发射任务的“长征三号甲”火箭目前己经投入生产。为了保证完成月球探测工程任务，科研人员对“长征三号甲”火箭进行了41项可靠性的设计工作，以提高其运载的可靠性。[编者按]     

嫦娥五号样品“讲述”月球故事

 嫦娥五号实现了中国首次地外天体采样，是中国深空探测的重要里程碑，并开启了中国月球科学研究的新篇章。嫦娥 五号着陆在月球风暴洋北部，位于月球最年轻的月海玄武岩单元之一。遥感探测显示该地区具有独特的化学组成，如中等TiO₂含量和高Th含量。科学家利用先进的实验分析技术研究嫦娥五号月壤中的玄武岩颗粒，发现其形成于20亿年前的火山活动，比阿波罗号样品和月球陨石限定的月球火山活动结束时间晚8亿年。此年轻火山活动的诱发机制仍不清楚，但是有两个主流假说，即富克里普物质提供了额外热量导致月幔熔融或富水源区降低了熔点，可以被排除。新样品带来新发现，新发现催生新理论。月球长时间火山活动之谜仍未解开，新的理论亟待建立。     

月球土物理力学特性研究的新挑战和新机遇

<正>2020年12月,我国首个月球采样探测器——“嫦娥五号”成功采集并带回地球1731 g月球样品,使得人类时隔44年再次获得月球样品,标志着我国探月工程“绕、落、回”三步走战略的圆满成功. 2022年11月,美国“阿尔忒弥斯1号”成功发射,预示着美国重返月球计划正式开始. 2023年8月,印度“月船3号”探测器在月球南极表面成功软着陆.当今世界新一轮探月热潮正在兴起.根据《“十四五”规划纲要和2035远景目标纲要》,     

应用面向对象分类方法对月球撞击坑进行自动识别

面向对象方法是一种强大的分类方法, 它首先将影像分割成许多对象, 从而可以计算这些对象的许多特征值并实现对事物的识别. 然而, 这种方法目前还没有应用到月球科学研究中, 在这篇文章中尝试性的应用这种方法对月球表面的撞击坑进行了自动识别, 并得到了一些初步结果. 撞击坑是月球表面最主要的特征, 它对月球地质学研究有重要意义. 在月球科学研究中, 一个重要的问题是应用撞击坑的分布密度估计月表地质年龄, 因而对撞击坑进行正确的识别是必要的. 然而对撞击坑进行手动识别是很低效的, 这就促使寻找一种高效的自动识别方法. 描述了面向对象分类方法在月表反射率影像上对撞击坑进行自动识别. 在这种方法中, 根据大小、形状、色调以及各层权重首先把影像分割成许多对象, 并用特征值“相邻对象的对比”从月球影像上鉴别撞击坑, 然后把属于同一类的相邻对象进行合并; 除了几个大型撞击坑外, 每个撞击坑都已经成了独立的对象. 为了剔除撞击坑类中的辐射线, 特征值“长宽比”被进一步用来识别撞击坑. 最终的结果输出到ArcGIS中对大型撞击坑进行了人工修正, 并经统计得到了月表撞击坑的个数.     

基于"嫦娥一号"的月表形貌特征分析与自动提取

利用"嫦娥一号"CCD相机获得的遥感影像及其经三线阵数字摄影测量处理后的DEM数据(空间分辨率为500 m)进行了月表形貌特征分析.结果表明:月球的平均高程为-742 m,最大高程点和最小高程点均位于月球的背面,其中前者位于Engel'gardt撞击坑东缘,后者位于Minkowski撞击坑的次级撞击坑内;月球表面相对平...     

科学播下希望的种子

新年的钟声刚刚响过,科学探索的新成果已经频频传来。受人瞩目的“嫦娥一号”探月卫星在顺利完成探月一期任务之后,将以一撞完成最后的使命为后续的探索搜集资料。对火星甲烷的新研究再次点燃了人类探索火星生命的激情。恐龙身上的原始羽毛、新型超导材料特性、“钙闪烁”引导细胞定向迁移,这些新发现是中国科学家对科学界的贡献,为未来的古生物、材料和医学的研究打开一个广阔的空间。“奶粉事件”后科学家开展了对三聚氰胺与人类泌尿系统结石的病理生理机制的研究,用科学为人类的食品安全保驾护航。     

纳微米沟槽型图案化表面“接触引导”现象及其细胞生理效应

材料表面的拓扑结构对细胞的多种行为及生理功能有着显著影响, 其中沟槽型图案由于能够使细胞产生“接触引导”而备受关注. 本文着重介绍了由该类图案引起的“接触引导”对细胞行为及生理功能影响的研究进展. 所涉及到的内容主要包括影响该现象发生的因素及细胞行为变化和生理效应, 并讨论了“接触引导”发生的可能机制. 最后对该领域的研究趋势和潜在应用进行了展望.