我国探月地学研究取得可喜进展

为交流国际探月及行星科学研究最新成果资讯,推动我国探月地学研究的深入开展。2009年6月16～18日,国土资源部中国地质调查局在京主办“探月与地学科学国际研讨会”。围绕国际探月科学研究的最新进展及中国月球与行星科学研究动态,中外科学家进行了广泛的交流研讨。科学家的学术报告主要涉及行星探测与行星科学、月球遥感与月球地质、月球地球化学与月岩样品研究、月球地球物理、当前月球探测动态、未来月球与行星探测计划等多方面内容。     

特约主编致读者

正欧阳自远(1935—)院士1956年毕业于北京地质学院勘探系,长期从事天体化学与比较行星学研究,是我国天体化学学科的开创者。欧阳自远院士提出了我国月球探测的发展战略和规划,从而牵引出我国"探月工程"的国家立项,担任中国月球探测工程首席科学家。在欧阳自远院士的亲切关怀和直接指导下,在国家自然科学基金、中国科学院地球化学研究所领域前沿课题以及中国地质大学(北京)探月工程科研团队的大力支持下,以月球起源和演化过程的整体性和规律性认识为指导,以我国"嫦娥一号"、"嫦娥二号"、"嫦娥三号"任务科学探测数据和其他已     

月球重力场研究及其应用进展

月球重力场研究及相关应用是月球科学探测中的重要内容之一。本文回顾了月球重力测量及月球重力场模型、月球地形模型等主要研究进展,总结了月球重力场（包括地形）在月球内部结构研究,特别是在月壳结构以及月球质量瘤等方面取得的研究成果。此外,月球重力场还应用于月幔／月核研究、月球均衡状态、月球物质成分及月球演化历史的研究中。随着我国嫦娥探月计划的实施,利用其探测数据建立自主重力场模型及地形模型成为我国探月研究的基础工作之一。在此基础上可开展月壳结构、月球均衡状态、月球质量瘤及月壳成分等研究,同时借鉴地球科学中相关学术思想和方法技术,从而促进对月球及类地行星等结构的研究。     

火星轨道器次表层探测雷达的水冰探测

在地球上,水是生命存在的基础之一.大量证据表明火星表面曾经存在液态水,而目前的火星表面环境不支持液态水的长期存在.因此,水可能以不同的状态赋存于火星的次表层.寻找火星次表层的水一直是火星探测的关键科学目标之一.次表层探测雷达,如探地雷达、探冰雷达,是了解地下物质结构的有效方法,近年来在地外天体上得到大量应用.在过去十余年,欧洲的火星快车(Mars Express)上搭载的火星次表层和电离层探测先进雷达(Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding,MARSIS)和美国火星勘测轨道飞行器(Mars Reconnaissance Orbiter,MRO)上搭载的浅表层雷达(Shallow Subsurface Radar,SHARAD)已在火星轨道上获取了大量数据,被广泛应用于研究火星的地下结构,尤其是地下水冰探测.我国的天问一号火星探测器也携带了高低频轨道探测雷达和高低频火星车探地雷达,有望在不同的顺轨向、交轨向和距离向分辨率上揭示火星次表层不同深部的结构.本文综述了轨道器次表层探测雷达的探测原理和优势,简要介绍了雷达数据的处理和解译方法,重点总结了 MARSIS和SHARAD近年来对火星水冰探测的最新进展,最后对天问一号环绕器雷达及其水冰探测作简要展望.     

嫦娥工程月球探测任务遥感科学研究进展

我国嫦娥一号至嫦娥五号任务已经成功完成了“绕、落、回”三步走战略，在月球全球和区域尺度、月表原位尺度、样品微观尺度获得了许多重要的研究成果，深化了对月球的认识。本文从月表物理特性、月表形貌及地质结构、月表物质组成和月表浅层结构四个方面回顾了嫦娥工程月球探测任务近10年来在遥感科学方面的部分研究进展，并展望了未来月球遥感科学的研究方向。     

月球科学的过去、现在和未来——参加第39届月球与行星科学大会有感

综述了2008年3月10～14日在美国休斯敦召开的第39届月球与行星科学大会期间交流的与月球科学相关的会议内容,简要回顾了人类探测月球的历史.当前的月球科学研究归纳为6个主题:①月球和其他类地行星的地质演化;②撞击过程的定量化描述和太阳系历史的关系;③月壤的特征、月壤形成的机械过程和演化过程;④采样返回技术和原型机的开发与运用;⑤月球和其他行星体的内生和外来挥发分;⑥月表的大气和尘埃环境对人类登陆的影响.2007～2008年,日本、中国、印度和美国纷纷推出探月计划,将月球探测推向一个新的高潮.深空探测成为各国展示国力和科学技术水平的试验场,也将有力地促进科学技术的发展;独立探测和国际合作相结合已是大势所趋,数据资料共享将成为必然.公众的积极参与将为月球探测注入新的活力,并成为空间探测的基本动力.     

行星地质工程原位测试方法

作为行星地质学与行星工程学的交叉学科,行星地质工程学科直接支撑行星探测、行星科研站与基地建设、行星资源开发与未来人类移居,相关研究已迫在眉睫。与地球相比,行星地质体在物质、结构与环境3个方面存在较大差异,决定着行星地质体工程特性与地球具有很大的差别,开展行星地质工程原位测试是准确获取行星地质体工程特性的最直接方式。文章把月球探测和火星探测任务中地质工程原位测试方法分为5类:触探试验、铲斗试验、钻探试验、地球物理探测和摄影测量,分别分析了各类原位测试方法的原理与科学载荷,对比各种方法中不同测试仪器的差异;利用月球工程特性原位测试结果梳理总结了月壤工程特性,包括粒度分布、密度、孔隙比、抗剪性、压缩性和承载力,分析了月壤和火壤工程特性的变化规律,并指出了与地球土壤物理力学特性的差异;未来应以行星探测任务为载体,结合地面低重力模拟测试平台和物理力学本构理论研究,研制小型轻量、自动智能的工程特性原位测试科学载荷,获取更加准确的行星土壤和岩石的工程特性参数,支撑月球科研站、基地建设和火星取样返回等深空探测任务。     

我国月球探测的总体科学目标与发展战略

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、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是为了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氦 3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。     

中国未来载人登月月震实验必要性和方案设计

Apollo被动月震台站仅覆盖了月球正面有限的面积,不能对全月球的内部结构进行精细分析,因此在我国未来的载人登月中继续开展月震探测是非常必要的。基于我国现有的空间探测技术条件,并针对未来载人登月的探测任务,设计了两种月震观测网络方案:一是基本方案,可以基本满足对月球内部结构进行探测的要求;二是优化方案,可满足较高分辨率的月球内部结构探测。两种方案中的月震仪网络在月球正面、背面和南北极均有覆盖,可对全月球的内部结构进行探测。最后对月震观测的基本技术参数、设备及布置地点提出了相应的要求。     

月球水冰探测进展

月球上是否存在水冰是第二次月球探测热潮中的热点问题。 1 994年克莱门汀号 (Clementine)环月探测器搭载的频率为 2 .2 73GHz双基地雷达探测到月球南极一些地区出现同向极化增加等独特的回波特征 ,这些地区正好处于极地永久阴影区 ,表明这些地区可能存在水冰。Arecibo天文台频率为 2 .38GHz的地基雷达对月球极地进行制图 ,也得到类似结论。 1 998年月球勘探者号 (LunarProspec tor)环月探测器搭载的中子探测仪在月球极地永久阴影区探测到高含量的氢信号大多认为是水冰引起的。但雷达探测和中子探测结果均存在多解性。月球表面粗糙度同样可以引起雷达回波呈现出类似水冰的异常特征 ,而中子探测仪测量到的仅仅是氢信号而非水 ,而且月球勘探者号撞击月表之后并没有探测到任何的水蒸气信号。月球极地水冰存在与否、存在形式和存在数量等科学问题的回答需要对月球极地特别是永久阴影区作进一步探索     

CAS-1模拟月壤

模拟月壤是与月球月壤具有相似的矿物组成、化学成分和物理力学性质的地球物质，是月球样品的地球化学复制品。长白山龙岗火山群金龙顶子火山喷发的四海火山渣具有与阿波罗14号采集的月球样品相似的化学和矿物组成，并含有20％～40％的玻璃物质。以四海火山渣为初始物质，研制成功CAS-1模拟月壤，并测量了CAS-1模拟月壤的主量和微量元素组成、矿物组成、密度、颗粒形态、粒度分布、抗剪性和复介电常数等参数。结果表明，CAS-1模拟月壤与Apollo 14号采集的月球样品具有相似的化学成分、矿物组成和物理力学性质，是一种理想的低钛玄武岩质模拟月壤。     

月球某些资源的开发利用前景

21世纪月球探测的主要趋势是建立月球基地，开发利用月球的矿产资源，能源和特殊环境，为人类社会的可持续发展发挥长期而有效的支撑作用，通过对月海玄武岩中的钛铁矿，克里普岩中的U，Th,REE和月壤中的拟－3在月面的含量与分布的系统分析，月海玄武碉中蕴藏有极丰富的钛铁矿，TiO2总资源量超过70万亿t，钛铁矿还是月球基地生产水和火箭燃料的主要原料；克里普岩是未来月球探测与研究的热点之一，其蕴藏有巨量的铀，钍，钾，磷和稀土元素资源；月壤长期受到太阳风的辐射，使其蕴藏有极其丰富的氢，氦，氧，氮等气体资源，其中氦－3的资源量大于100万t，它是一种可供人类社会长期使用的，安全，清洁，高效，廉价的核聚变发电燃料，其含量与月壤的化学成分，矿物组分，颗粒大小等有密切的关系。     

月面环境与月壤特性研究的主要问题探讨

月面环境与月壤特性是月球探测和月球科学研究的重要基础,对它们的研究一直在不断加深,本文对月球表面地形地貌、热环境以及月壤特性三个方面的研究现状进行了总结,初步分析了这三个方面研究目前存在的一些主要问题：（1）地形地貌对月球定量遥感的影响以及南极艾特肯（SPA）盆地等地貌单元的年代学划分和成因演化;（2）月面热辐射、月表物理温度和热流等月面热环境特征的进一步探测和全面分析,以及其对地球反照率变化的响应;（3）月壤形成演化过程及空间风化作用,月球极区氢富集机制和水冰探测,以及月球资源开发利用。     

Lunar-A mission: Outline and current status

The scientific objective of the Lunar-A, Japanese Penetrator Mission, is to explore the lunar interior by seismic and heat-flow experiments. Two penetrators containing two seismometers (horizontal and vertical components) and heat-flow probes will be deployed from a spacecraft onto the lunar surface, one on the near-side and the other on the far-side of the moon. The data obtained by the penetrators will be transmitted to the earth station via the Lunar-A mother spacecraft orbiting at an altitude of about 200 km. The spacecraft of a cylindrical shape, 2.2 m in maximum diameter and 1.7 m in height, is designed to be spin-stabilized. The spacecraft will be inserted into an elliptic lunar orbit, after about a half-year cruise during which complex manoeuvering is made using the lunar-solar gravity assist. After lunar orbit insertion, two penetrators will be separated from the spacecraft near perilune, one by one, and will be landed on the lunar surface. The final impact velocity of the penetrator will be about 285 m/sec; it will encounter a shock of about 8000 G at impact on the lunar surface. According to numerous experimental impact tests using model penetrators and a lunar-regolith analog target, each penetrator is predicted to penetrate to a depth between l and 3 m, depending on the hardness and/or particle-size distribution of the lunar regolith. The penetration depth is important for ensuring the temperature stability of the instruments in the penetrator and heat flow measurements. According to the results of the Apollo heat flow experiment, an insulating regolith blanket of only 30 cm is sufficient to dampen out about 280 K lunar surface temperature fluctuation to < 3 K variation. The seismic observations are expected to provide key data on the size of the lunar core, as well as data on deep lunar mantle structure. The heat flow measurements at two penetrator-landing sites will also provide important data on the thermal structure and bulk concentrations of heat-generating elements in the Moon. These data will provide much stronger geophysical constraints on the origin and evolution of the Moon than has been obtained so far. Currently, the Lunar-A system is being reviewed and a more robust system for communication between the penetrators and spacecraft is being implemented according to the lessons learned from Beagle-2 and DS-2 failures. More impact tests for penetrators onto a lunar regolith analogue target will be undertaken before its launch.     

基于模拟月壤的表层采样试验研究

目前月球采样可分为深层采样和表层采样,作为深层采样的有力补充,国内外针对表层采样研发了多种不同类型的采样机具,但对机具和月壤相互作用鲜有研究。针对月球表层采样设计了2套采样机具,能够实现挖取、铲取、夹取和振动贯入4种动作。通过相应的传感器,采样机具能在运动过程中实时检测机具承受的力矩（力）。利用6种不同性质的模拟月壤,用2套采样机具分别就不同的运动参数进行了相关试验。通过对试验现象的观察可知模拟月壤与常规沙土性质不同,会出现特定的表现;通过对试验数据的分析可知,除挖取动作外其余3种动作机具运动与受力的关系为近似线性关系,而挖取动作机具承受扭矩分为4个阶段,与机具运动位置有关。     

月壤及模拟月壤微观结构的研究

为了对比研究月壤与模拟月壤的微观结构,介绍了月壤的形成作用过程和5种基本颗粒类型;通过真实月壤照片,对月壤微观结构进行了分析;利用火山灰为模拟月壤主体材料,对其成分进行了检测;对模拟月壤的火山灰颗粒进行了显微图像分析试验。结果表明,月壤存在胶结物微观颗粒,胶结物颗粒具有分支的组织形态和封闭的气泡,并且有金属铁珠存在;火山灰所含的主要成分及含量与月壤相似,经过粉碎的火山灰试样棱角较为明显,其纵横比峰值略小,稍显长条状,但与月壤比较相近,而复杂度因子则略有欠缺,说明颗粒还不够粗糙和多棱     

月球磁学观测与研究进展

月球磁场观测一直是月球研究的重要内容。20世纪六七十年代,通过绕月小卫星、Apollo登月及返回样品等观测实验,月球磁学研究已取得一系列重要进展,九十年代末期Lunar Prospector（LP）获得了月球的全球磁异常分布图。本文主要评述前人已取得的重要进展,重点讨论月球样品的剩磁来源、月球磁场古强度和发电机争论及其月球演化意义。     

美国阿波罗月球样品的处理与保存

中国嫦娥工程三期将进行月球样品的采集与返回,这是继美国Apollo和前苏联Luna之后,国际上最新的月球样品返回计划。月球样品的存储与管理方法将成为中国探月工程中亟待解决的重要问题之一。特别是如何最大程度地保持月球样品的科学研究价值,避免或减少可能的样品污染等问题,不仅为工程部门所关心,也是月球科学家所极为关注的问题。文中主要回顾和总结了美国Apollo月球样品的处理与保存方法,包括月球样品实验室简况、月球样品初步处理方法、月球样品初步测试分析及相关实验简介和月球样品的保存方法等内容,以期为中国月球样品的返回和地面存储提供有益的借鉴。     

试论月球表面钻探取样的难点与关键技术

简述了月球表面钻探取样的意义与现状,重点讨论了月球表面钻探取样必然面对的能源、钻机质量、取样设备润滑、钻头排除岩粉与冷却、保证钻进所需的压力和取样可靠性等难题,并针对这些难题提出了可用于月球钻探取样的若干关键技术。