微波月亮

微波月亮

中國"嫦娥一號"探月衛星在軌工作一年多,月球微波探測儀(Chang'e-1 Lunar Microwave Sounder--CELMS)已多次覆蓋全月表面,首次獲取了全月微波亮溫分布數據,創建了"微波月亮"(Microwave Moon--MicM)."微波月亮"的建立為月球科學研究、宇宙科學研究、月球資源研究及套用、未來月球基地的建立等帶來了全新的信息,與"可見月亮"、"紅外月亮"及其它相關探測結果(如X、γ譜儀,中子譜儀)、地基探測及未來月球軌道上觀測和就位探測等多方信息的融合、分析,將大大提升人類對太空、月球及宇宙起源、生命起源等問題的認識和研究水平,在人類探月活動中具有里程碑意義.

微波月亮 ,是根據搭載在嫦娥一號衛星上的微波探測儀傳回的數據,中國科學家已成功繪製出全球第一幅“微波月亮”圖,並利用實際探測數據反演出月球土壤層的氦3資源量更靠近100萬噸。利用微波遙感手段對月球進行探測,這在世界上是第一次;提出探測月壤厚度的科學目標也是世界首次。

背景

月球月球

尋找核能發電的原料——氦3,是人類探月的一項重要目標。但月球上究竟有多少氦3至今眾說紛紜。根據阿波羅號帶回的樣品,美國科學家分析認為,月球上氦3資源量在100萬噸~500萬噸之間,評估跨度很大,究竟是靠近100萬噸還是500萬噸?

氦3是一種高效安全的核聚變發電燃料,10噸氦3就能滿足中國1年的能源需求。但氦3在地球上的蘊藏量很少,目前人類已知的容易取用的氦3僅有500千克左右。而月球地殼淺層內蘊含的上百萬噸氦3足夠地球人使用上萬年。

據悉,在嫦娥一號衛星微波探測儀繞月之前,國際上還沒有從月球軌道對全月球進行微波探測的活動。一些諸如月壤厚度、氦3資源量分布的研究多是依靠美國“阿波羅號”和蘇聯“月球號”探測器在落月點取樣的實測數據為依據,加上其他手段分析延伸而來,因此結果存在相當大的不確定性甚至是偏差。

在中國的“嫦娥一號”繞月飛行前,在利用電磁波進行月球探測中,可見光和紅外技術是主要手段,國際上已建立了“可見月亮”(VisibleMoon)和“紅外月亮”(InfraredMoon)的數據資源,唯獨缺少“微波月亮”。而紅外、可見光主要針對表面探測,微波由於波長較長,可以深入厚度,進行次表層探測、厚度探測、撞擊坑結構探測等研究。

簡介

嫦娥一號嫦娥一號

嫦娥一號衛星搭載的微波探測儀,主體上分3部分:兩套天線和一套微波接收機;微波接收機將接收到的微波信號放大,然後量化,變成數字編碼,傳送給公用系統,返回地面。而由中科院空間中心姜景山院士提出的這一探測計畫從月球軌道上利用微波探測儀實際測量了全月的土壤厚度分布,在國際上首次獲取了全月微波亮溫分布數據,創建了“微波月亮”。

月球的微波亮溫數據是反映月表溫度、成分等因素的綜合指標,反映了月球表面的物理特性、內部過程和月球外部各種因素對月球的影響。月球沒有大氣層,是一顆完全暴露在太空中的天體,幾十億年以來,其自身內部能量、結構發生了重要變化,其地質時鐘幾乎停留在幾十億年前;而宇宙線、太陽風等外部影響也在月球上留下了很多痕跡。這些內、外作用與變化很多都可以在亮溫異常中反映出來。因此,“微波月亮”的提出有助於了解月球起源及演變、宇宙起源的相關問題。他的研究小組正在研究一些有代表性特徵撞擊坑的微波特徵。

儀器發射升空之後由於時間較長,儀器本身的參量會發生一定變化。因此在在軌定標中,亮溫基準的選取對獲取高精度微波亮溫進而測量月壤厚度等很關鍵。以往從地球軌道進行的探測在定標過程中固定地把2.7K作為宇宙背景的標準。但他的研究小組發現,當定標天線在繞月過程中指向不同星座太陽地球、月球本身時,其天線輸入溫度差異很大,如果簡單把冷空溫度定為一個固定值將產生很大的誤差。因此,研究組首次在冷空定標中,對定標天線指向的影響作了很細緻的分析,從而獲取了較為精確的月球亮溫數據,構造出了更接近於自然真實的“微波月亮”。

意義

姜景山研究小組據“微波月亮”圖還對國際上以往的有些研究結果提出了不同的看法,在月球背面的研究中,發現了值得深入研究的現象。 由於這是國際上第一次從月球軌道上進行的全月微波探測,該項研究在在軌定標中首次關注了定標天線指向不同背景對結果的影響

中國科學家已成功繪製出全球第一幅“微波月亮”圖,並利用實際探測數據反演出月球土壤層的平均厚度為5~6米,而氦3資源量更靠近100萬噸,而非500萬噸。

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