月表镁尖晶石矿物的光谱特征与遥感探测:以第谷撞击坑为例

月球镁尖晶石矿物隶属于深成岩,可以通过撞击作用被带到月表,它蕴含月壳深部甚至月幔的成分信息,对于研究月壳岩石成因与岩浆演化具有重要意义.本文分别从实验室和遥感研究两方面系统回顾月球镁尖晶石矿物的研究进展,以辐射传输模型为基础,作出了镁尖晶石与辉石、橄榄石和斜长石等矿物的一系列定量混合光谱.我们发现辉石与镁尖晶石矿物的相对含量与光谱波段比值之间存在对数关系,由此利用二次方程来拟合这种关系,建立了镁尖晶石矿物定量反演模型.以第谷(Tycho)撞击坑为例,我们利用遥感成像光谱数据(M~3)发现其中央峰主要矿物有辉石、斜长石和镁尖晶石等,尤其是发现了辉石与镁尖晶石的混合分布,但并未发现橄榄石矿物.利用上述矿物反演模型获得的混合矿物中镁尖晶石比例约为5.4vol%–6.4vol%,这与实验室月球样品的研究结果相符.我们推测这种辉石与镁尖晶石的混合矿物可能属于深成岩,被撞击作用抬升到月表,其中橄榄石只在坑壁附近发现有小范围的分布,可能属于浅层侵入岩.     

月表虹湾地区辉石及橄榄石含量反演

月表成分定量分布是月球探测中重要的一个科学问题．为了建立月表虹湾地区辉石与橄榄石的含量反演模型,本文在深入分析理解月表主要矿物的光谱特性的基础上,首先使用LSCC实测矿物数据,根据辉石、橄榄石在300-2600nm波谱范围的吸收特征分布,通过MGM模型计算19个采样点的光谱数据的5个吸收特征,每个吸收特征有吸收中心（Center）、吸收宽度（FWHM）、吸收强度（Strength）这3个吸收特征参数,利用多元回归分析建立矿物反演模型．由于缺乏月表实测数据,本文弓1入M^3高光谱数据利用Hapke辐射传输模型制作模拟混合矿物光谱对模型性能进行检验．最后,将反演模型应用于嫦娥三号月球车的首选着陆点一虹湾地区,得到其矿物含量分布图．实验表明利用MGM模型拟合分析的方法进行高光谱遥感矿物识别是一种可行的研究方法．     

勘误：嫦娥一号IIM数据处理分析与应用之一：全月表矿物吸收中心分布图[中国科学：物理学力学天文学,2010,40（11）：1343-1362]

文献[1]图3中的＂坏线修复＂、＂坏点修复＂和＂条纹去除＂3个方框应为虚线（图1）.他们是本文为制作全球矿物吸收中心分布图所做的试验.相对定标是IIM数据预处理中极其重要的一环也是非常困难的一步．我们试验了“坏线修复”、“条纹去除”与“平场校正”．最终选择“平场校正”作为本文的相对定标方法．     

嫦娥一号IIM数据绝对定标与初步应用

我国首颗探月卫星嫦娥一号携带的干涉成像光谱仪IIM能够以较高的空间分辨率和光谱分辨率获取月表元素和矿物信息, 是实现我国首次探月四大任务的必备仪器. 现有数据尚未转换为反射率且传感器响应不均一, 尚无法直接使用. 本文主要目的是对该数据进行绝对定标和辐射畸变校正, 为数据的正确使用提供方便. 研究结果表明, 在空间域传感器左侧响应偏低; 在波谱域长波段辐射畸变比较明显. 针对探月数据特点和定量分析的需求, 提出了基于光谱特征的反射率归一化校正方法, 对多个地区的验证表明该方法具有实用性和通用性. 经过校正后的反射率与地基望远镜光谱匹配良好, 可以开展月球研究. 最后, 利用校正后的数据对两个直径〉35 km的撞击坑开展了初步的应用, 发现在千米尺度上月壳存在成分差异. IIM数据能够在全球、区域和局部尺度上获取月球表面的化学组成, 有助于深化对月球形成和演化的认识.     

月球表面光度行为的地域依赖性分析

月球表面光度行为描述了月表物质反射的太阳光随入射、出射和太阳相角的变化,它取决于月壤颗粒的粒径和形状、孔隙度、粗糙度等物理特性和矿物成分等化学性质．本文利用嫦娥一号干涉成像光谱仪（IIM）2A级辐亮度数据,基于太阳相角一辐亮度二维直方图统计,可将月球表面划分为两种光度行为迥异的地域类型,二者FeO含量分别与月海和高地的值大致吻合．高地（阿波罗16号着陆点）和月海（澄海）区域的IIM数据验证了该划分方法的合理性．本文提出的直接依据IIM2A级数据太阳相角一辐亮度二维直方图的划分方法,可以避免FeO含量划分月表光度单元中由于后期数据处理过程引入的误差．     

嫦娥一号IIM数据定标的改进方法

嫦娥一号月球探测卫星的IIM数据在应用之前,必须进行反射率定标．本文在反射率定标之前,对原始2c级IIM数据进行了坏线和坏点修复,以及条纹去除．由于条纹去除后的IIM影像不存在平场效应,有效地抑制了坏线、坏点和平场效应对反射率转换的影响,获得较已有IIM数据定标更好的结果．通过对比月球典型地区的IIM光谱与地基望远镜光谱,计算得到两者之间的增益和漂移因子．将上述增益和漂移因子应用到月球的其他区域,包括Apollo16和14登陆点,Mare Serenitatis和Copernicus撞击坑等区域,均得到理想的校正结果．表明上述增蒲和漂移因子可有效她校正月表的光谱     

基于MODIS数据的水体超分辨率制图——以丹江口水库为例

遥感数据是提取水体信息的常用数据,实际应用中,中、高分辨率空间数据能够以较高精度提取水体信息,但由于时间分辨率较低,难以有效监测水体的动态变化过程.以MODIS(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer)为代表的低空间分辨率遥感数据时间分辨率高,在全球大范围快速提取水体及水体动态变化监测中具有重要意义,但是受其空间分辨率较低的限制,提取的水体信息精度不高.针对该问题,该文提出了一种针对MODIS数据的水体超分辨率制图方法.该方法首先利用MODIS数据MOD09Q1产品的1、2波段,通过线性混合像元分解,得到水体丰度图;然后利用MODIS数据MOD09A1产品的2、4波段,计算得到水体归一化指数,对水体丰度图进行后处理以减少混合像元分解误差;最后以修正后的水体丰度图为输入,建立超分辨率制图模型,从而得到最终的高空间分辨率水体分布图.将上述方法应用于丹江口水库,并与利用Landsat-8/OLI数据提取的水体分布图进行对比,结果表明,相对于传统像元尺度的水体制图结果而言,通过超分辨率制图得到的水体制图结果精度更高,不仅能够更好的保留水体空间分布特征,提取的水体面积也更加准确.基于MODIS数据利用超分辨率制图方法对丹江口水库进行水体提取,完成了2014年12个月丹江口水体面积变化图.超分辨率制图可以获得具有Landsat空间分辨率和MODIS时间分辨率的水体制图结果,实现对丹江口水库的高时空分辨率的水域变化监测.     

嫦娥五号着陆区的成分特征与遥感地质研究

嫦娥五号任务从月球风暴洋北部地区成功返回了1731 g月壤样品,这些样品为研究月球年轻玄武岩的成因和演化提供了重要的样本.本文利用多源月球遥感探测数据结合嫦娥五号样品研究结果,从光谱学和矿物学角度研究了嫦娥五号着陆区年轻玄武岩的演化过程.嫦娥五号着陆区主要包含雨海纪极低钛到低钛玄武岩和爱拉托逊纪中钛玄武岩,遥感光谱学分析表明年轻玄武岩表现出明显的1μm吸收特征,可能存在橄榄石的富集.然而,返回的嫦娥五号月球样品研究揭示年轻玄武岩中橄榄石的含量并不高,我们推测年轻玄武岩遥感光谱上的1μm强吸收特征可能是富铁辉石、富铁玻璃、空间风化作用和铁橄榄石共同作用的结果.综合已有的样品研究和本文的遥感地质研究,嫦娥五号玄武岩源于高度演化的月球晚期岩浆活动,其源区可能位于富单斜辉石的浅层月幔.     

基于嫦娥五号月球矿物光谱仪数据的采样区矿物光谱识别与丰度反演

月壤的矿物组分对于探究月球成因和演化历史具有重要意义,嫦娥五号搭载的月球矿物光谱分析仪LMS为解译月壤的矿物组分提供了宝贵数据.本文采用基于多粒径矿物端元光谱库的稀疏光谱分解方法对嫦娥五号LMS获得的11组就位光谱数据进行分析,结果表明采样区的组成矿物和平均丰度为:胶结物和玻璃49.36%、辉石14.08%、斜长石18.58%、钛铁矿16.11%和橄榄石1.86%,其中79.83%矿物粒径小于75μm,估算月壤和岩石的平均水含量为67 ppm.     

嫦娥五号样品——月球遥感定量反演的新地面真值

嫦娥五号任务从月球风暴洋东北部成功返回了1731 g月壤样品.最新返回的月壤有望为月球遥感数据定量反演提供新的地面真值(Ground Truth).本研究中首先利用遥感数据获取了着陆单元的矿物组成和化学成分(FeO,TiO₂, Th),并与嫦娥五号月壤样品实验室分析结果进行对比.二者之间的差异(特别是橄榄石含量)反映了目前利用遥感数据反演元素和矿物含量的方法仍存在提升空间.本研究通过系统地对比分析发现:(1)嫦娥五号月壤具有高铁、中钛、富钍的化学特征,显著区别于已有阿波罗月壤,可为月球遥感研究提供全新的地面真值;(2)嫦娥五号月壤代表了一类发育成熟的年轻月海月壤,外来溅射物占比较小,能够反映着陆区玄武岩的成分特征;(3)嫦娥五号月壤粒径较小,符合Lunar Soil Characterization Consortium (LSCC)提供地面真值的样品标准(<45μm).此外,嫦娥五号着陆区也具有独特性:(1)位于月球正面西部的中纬度地区,不同于美苏样品返回任务所着陆的低纬度区域;(2)位于月球晚期玄武岩单元,区别于已有的光谱定标区.因此,以嫦娥五号月壤实测...     

攀西微细粒钛铁矿工艺矿物学特征

以传统工艺矿物学研究方法为基础,结合化学分析、XRD,SEM及MLA等手段,对微细粒钛铁矿物料的化学组成、矿物组成、粒度分布、矿物嵌布特征进行了研究,在此基础上,对物料分选特性进行了讨论分析.研究结果表明:物料中67.04%的有价元素Ti赋存在钛铁矿中,脉石矿物主要为钛辉石、绿泥石和长石;物料中-19μm粒级产率达74.33%,其中各矿物粒度分布差别较大,有用矿物粒度较脉石矿物细;钛铁矿矿物单体解离度为90.43%,与钛辉石紧密连生.该研究结果为攀西微细粒钛铁矿物料的高效回收提供了依据.     

月球Aristarchus地区的物质成分与岩石类型分布

月球Aristarchus地区是月球正面反照率最高的地区．它具有丰富的物质类型分布,包括月球最大规模的火成碎屑沉积物,非常年轻的Aristarchus撞击坑溅射物以及环绕Aristarchus高原的月海玄武岩分布,存在火山、撞击构造等地质作用,具有重要研究价值．本文利用来自嫦娥一号干涉成像光谱仪、ClementineUVVIS相机、LunarProspector伽马谱仪等月球探测数据,综合分析Aristarchus地区的元素分布状况、矿物与岩石光谱特征、岩石类型分布特征．研究表明,Aristarchus地区的光谱特征和物质类型极为丰富,包括火成碎屑沉积物、月海玄武岩、高地斜长岩、KREEP岩以及演化程度较高的碱性斜长岩等特殊岩石类型,为月球地质学研究中不可多得的案例区域,因而可作为我国探月工程三期（嫦娥五号或六号）月球取样返回候选地区之一．     

基于嫦娥一号干涉成像光谱仪吸收特征的月表钛含量评估

该文提出了两种基于光谱吸收特征参数的线性回归模型来探讨月表的钛含量与光谱吸收特征参数的关系.首先使用嫦娥一号干涉成像光谱仪(IIM)数据,通过Apollo17登陆区域的18个采样点计算了该区域光谱数据吸收半宽(FWHM)、吸收位置(λ)、吸收谷面积(A)、吸收深度(D)及吸收谷对称度(S)并建立了回归模型;实验发现FWHM与钛含量的相关性不明显,包含FWHM的回归模型有多个奇异值;而不包含FWHM的回归模型比较稳定.验证精度时使用Apollo17和16登陆区域的采样点,对于高钛地区,两个反演模型具有相对较高的精度,对于低钛地区,这两个模型精度和适应性不高.     

半月国际科技要闻

新技术可从月球岩石中大量获取氧气(图)英国剑桥大学科学家发明一种新技术,可以从月球岩石中大量获取氧气,这为人类在月球建立基地提供了可能     

基于嫦娥一号卫星激光测高观测的月球地形模型CLTM-s01

利用中国第一颗探月卫星嫦娥一号第一次正飞阶段获取的约300多万个有效激光测高数据点, 得到了改进的360阶次球谐函数展开月球全球地形模型CLTM-s01(Chang’E-1 Lunar Topography Model s01). 该模型以月球质心为参考球心, 以月球平均半径1738 km正球面为参考基准, 径向高程测量精度约为31 m, 沿赤道区域空间分辨率约为0.25°(7~8 km). 该模型首次利用激光测高数据得到月球极区高精度高分辨率月球地形图, 在空间覆盖、模型精度和空间分辨率上较早期模型均有较大改进. 利用该模型得到的月球平均半径为(1737013±2) m, 月球的赤道半径为(1737646±4) m, 月球的极半径为(1735843±4) m, 月球的形状扁率为1/963.7526, 月球的形状中心和质量中心在月固坐标系下的偏差为(-1.777, -0.730, 0.237) km. CLTM-s01所得到的月球形状基本参数与历史值相当, 但由于有更强的两极观测数据约束, 由该模型计算出的这些参数可信度更高.     

月球探测SELENE的科学成果

日本探月卫星SELENE（KAGUYA）携带了14种仪器设备用于对月球进行多方面的测量,其中的3种设备用于对月球进行大地测量观测.这包括两个子卫星和一台激光高度计测量设备.这些设备所获得的科学成果主要包括：利用多普勒和同波束VLBI测量得到了精度为10m的精密轨道确定结果;利用四程多普勒测量首次获得了月球背面精确的重力场;首次获得了纬度高于86°区域的月面地形图;通过使用月球全球地形信息与月球全球重力场信息得到了全球重力异常分布图;获得了月壳厚度全球分布图以及月球南北极区光照率图.这些成果的取得进一步加深了人类对于月球的认识.     

基于光谱主次吸收谱带组合特征相似性测度的高光谱遥感矿物信息提取

吸收谱带组合特征是识别和区分具体矿物类型的重要参量。研究表明,地物单一光谱特征不稳定性无法全面反映地物光谱间的相似性,直接影响识别效果。提出一种基于矿物光谱的主次吸收谱带组合特征的相似性测度方法;该方法基于光谱主次吸收特征的最小二乘相似性拟合法,对光谱特征较稳定的主、次吸收特征参量赋以不同的权重系数,将图像光谱与标准光谱库中各个参考光谱分别在主吸收特征与次级吸收特征波段进行加权比较,从而得到识别结果。基于CAIS/SASI机载高光谱数据,IDL编程实现光谱主次吸收特征最小二乘相似性拟合算法对实验区的绢云母、绿泥石蚀变矿物信息提取,并与常规光谱角制图处理结果的比较分析,发现新算法能更细致地进行高光谱遥感地物信息提取,有较强的实用性。     

嫦娥五号月壤的表面特征研究

嫦娥五号月壤是迄今为止人类采集返回最年轻的月球样品,记录了采样区的太空风化改造历史.研究发现,嫦娥五号月壤颗粒的表面广泛分布有微撞击坑、矿物解理面、气化沉积物、覆盖的玻璃质等典型的形貌特征,反映了在以陨石、微陨石轰击为主的太空风化改造过程中,冲击破碎、熔融溅射、气化沉积等作用对月壤颗粒形貌特征的改造.该结果梳理了月壤颗粒中太空风化作用的典型形貌改造特征,从而帮助我们更好地理解月壤的形成与演化过程.     

基于混合像元分解的火星南极矿物制图研究

对火星高光谱遥感数据进行混合像元分解,有助于获取像元内部火星表面矿物含量。端元光谱提取和光谱解混是混合像元分解的关键技术。以ORB0942_2轨道覆盖的火星南极地区作为研究区,应用纯净像元指数法(PPI)从影像中提取出端元光谱,并利用线性分解模型对影像中混合像元进行了分解,计算出其各端元组分的百分含量,获得了研究区水冰、石膏、钙镁橄榄石及紫苏辉石的相对含量分布图。     

月球探测的进展与我国月球探测的科学目标

在简述月球探测的历程与趋势的基础上,强调当代月球探测的总体目标为：(1)研究月球与地月系的起源和演化,特别是月球大气层与磁场的消失,矿物与岩石的分布和形成环境、月壤和内部层圈结构的形成以及月球演化的历程;(2)探测月球的资源、能源和特殊环境的开发利用及对人类社会长期可持续发展的支撑。我国不载人月球探测划分为绕、落及回三个阶段。为了全球性、整体性重新认识月球,绕月卫星探测的科学目标为获取全月面三维影像,探测14种有用元素的全球分布与丰度,探测月壤厚度并估算^3He资源量以及太阳活动对空间环境的影响。“落”为月球探测器软着陆就位探测和月球车巡视探测,建立月基光学、低频射电和极紫外天文观测平台。“回”为月球探测器软着陆就位探测和取样返回地面。