月球探测与人类社会的可持续发展

1959年至1976年的18年是人类第一次月球探测高潮，美国和前苏联共成功发射了45个月球探测器，获取了382kg的月球岩石和月壤样品，这些探测资料和月球样品的系统分析与研究，大大促进了人类对月球、地球和太阳系的认识，并带动了一系列基础科学的创新，促进了一系列应用科学的发展。通过从1976年至1994年近18年浩如烟海的月球探测数据和资料的消化、分析与综合研究后，1994年Clementine环月探测器的发射，标志新的一轮探月高潮的开始。当前，国际探月活动刚进入重返月球、逐步建设月球基地的阶段，而逐步开发利用月球矿产资源、能源和特殊环境，建设月球基地，为人类社会的可持续发展服务，已成为新世纪月球探测的总体目标。本在系统分析已有的探测与研究资料基础上，论述了开发利用月球上具有的巨大能源库、丰富的矿产资源和独特的环境资源将对人类社会可持续发展所具有的深远意义。     

月球引力场和磁场探测新进展

简要地回顾了前苏联、美国探测月球引力场和磁场的历史,介绍了各国的探月计划;较详细地介绍和分析了美国克莱门汀(Clementine,Cl）和月球探测者(Lunar Prospector,LP)两艘飞船探测月球引力场和磁场的最新成果：Konopliv A S等根据月球探测者数据绘制的最新月球重力图(LP100j,月球正面n=90,背面n=60),Halekas J S等根据月球探测者电子反射测量数据绘制的第一张全月球磁场图,Zuber M T等根据克莱门汀数据制作的月球(自由空间和布格)重力异常图和月壳厚度图;提出了开展有关研究工作的几点建议。     

月球探测的进展与中国的月球探测

介绍了月球探测历程、第一次探月高潮中在月球的形状、大小、轨道参数、近月空间环境、月表结构与特征、月球的岩石类型与化学组成、月球的资源与能源、月球的内部结构与演化历史等方面所取得的成果。提出了中国开展月球探测的初步设想,认为近期中国的月球探测应以不载人月球探测为宗旨,分为“绕、落、回”三个发展阶段,即环月探测、月面软着陆器探测与月球车月面巡视勘察、月面软着陆与采样返回。     

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。     

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.     

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。     

试论月球科学与类地行星研究的学科属性

我国月球探测一期工程获国家批准立项和“嫦娥一号”卫星成功发射及运行这一历史性事件标志着我国已继人造地球卫星、载人航天阶段之后,开始进入人类航天活动的第三领域——深空探测。无疑此时探讨人类这一伟大社会实践活动的自然科学意义,特别是深空探测对象的科学内涵具有重要的现实意义。随着相关技术的开发、创新和成熟,工作重点将逐渐转移到深空探测对象本身的科学研究上来,即认识地球之外的行星体以及更深刻地重新审视地球。本文讨论了现阶段深空探测对象——月球及类地行星的基本物质属性,回顾美国和前苏联两国探月计划实施历史的启示,Apollo计划的演变．科学内容的纳入及宇航员地学素养的要求,Apollo登月计划的实施对月球科学本身的促进,以及对20世纪地球科学发展、人才队伍建设和分析技术进步等的重大影响,总结了前苏联探月计划的成败及其教训,并对我国月球探测工程立项历史等方面进行了分析。在此基础上,论述了月球科学及类地行星研究的地球科学属性,并强调指出地球科学家应将月球及整个类地行星研究纳入到地球系统科学的框架之中。     

月球表面温度物理模型研究现状

-总结了前人对月球表面温度的研究方法，对他们的研究进行了归类，分析了它们各自的优劣。直接测量和基于绕月飞行器的遥感测量均需投入昂贵的发射和维护费用，基于探测数据或月球样品分析数据的研究局限于某些时间段和地点，地基遥感探测的空间分辨率太低，这些方法自身的局限限制它们不可能用于全月的温度变化研究，只有通过建立比较完善的月球表面温度物理模型才可能达到这一目的。重点对月球表面温度物理模型进行讨论，分析了已有的模型，总结了影响月球表面温度的影响因素，包括月球表面太阳辐射、月球内部热流、月球表面物质的热吸收率、发射率、热导率、热容以及密度等，对这些因素的研究现状进行了概括，并提出了进一步研究这些参数的一些想法。     

月球矿产资源勘查进展及展望

地球是人类起源和成长的"摇篮",然而人类终将跳出"摇篮",拥抱更广阔的宇宙空间。月球是地球唯一的天然卫星,也是唯一一颗人类已经登陆的地外星球,月球矿产资源开发利用是人类走向太空的必经之路。前苏联Luna计划和美国Apollo计划引领的第一次探月高潮,采回了约382kg样品使人类得以近距离接触和全方位认识月球。当前正是全球探月工程的第二次高潮期,在本次探月高潮期,月球矿产资源的开发利用将成为重要目标。以往的月球资源探测以科学研究为主,而以应用和商业利益为目的的月球资源勘查工作尚未开展。因此,有必要对月球矿产资源进行系统梳理和研究,初步建立月球矿产勘查的规范,指导载人登月和人机互动进行月面资源勘查。本文从国际太空矿产领域的发展趋势、月球矿产资源的需求、潜在的矿产种类、勘查流程等方面进行系统综述,根据可勘查属性将月球各类矿产划分为钛铁矿型、斜长岩型、磷酸盐型、月壤型、水冰型等5种类型,为中国未来的载人探月项目着陆区选址和矿产勘查规范的建立提供初步参考依据。     

嫦娥五号返回样品的科学研究前景

深空探测是国家综合国力的集中体现,也是各航天大国科技竞争的制高点。自2007年嫦娥探月工程顺利实施以来,我国已经成为全球第二次探月热潮里的中坚力量。嫦娥五号采样工程的成功,使人类在间隔44年后再一次获得来自月球的珍贵样品,标志着中国探月工程上了更高的台阶。海量探测数据的获取和月球样品的返回,将为月球形成演化等重大科学问题的研究提供新的视角与支撑。放眼未来,我国月球极区探测、载人登月和月球科研站建设已经列入规划,工程探测和科学研究的目标已从“认识月球”逐步向“开发月球”“利用月球”转变。对于月球土壤样品的研究,中国科学院地球化学研究所具有良好的基础,曾对来自Apollo的月壤样晶进行过详细的研究,本次针对嫦娥五号样品,该所承担了月壤特性及其形成演化历史等方面的研究工作。为让广大科技工作者和社会公众了解这一工作进展,本刊特邀地球化学所李阳博士撰文介绍相关情况,后续工作本刊还将进行跟踪报道。     

月球表面多种金属元素的分布特征初探

美国的"克莱门汀"(Clementine)和"月球探测者"(Lunar Prospector)号月球探测器,分别于1994和1998年完成了对月球形貌、水冰以及月球重力和磁场等物理参数的高精度、高分辨率探测。月球探测者号还利用伽马射线仪探测了月表层中铁、钛、铀、钍和钾等元素含量分布,这为进一步研究月球的空间与表面环境,月球的地形、地貌、地层与地质构造,月表土壤与岩石的分布、成分与成因,月球物理场特征,月球的内部结构、演化与成因提供了大量的科学数据和证据。根据"克莱门汀"和"月球探测者"号测得的数据,对月球表面金属钛、铁、镁、铀、钍、钾的分布进行分析,初步研究了这些金属元素分布与月球地貌的关系,计算各金属元素之间空间分布的相关系数,分析蕴藏这些金属资源地区的岩性及各种元素可能的来源。由此推测30亿年前月球内部逐渐固化,大量小行星对月表岩石频繁的撞击导致金属元素分布不均衡,使金属元素在月球高原地带普遍含量低于月海,同时也形成了现在我们看到的遍布月表的环形山。     

月球电离层探测与研究

从20世纪60年代到本世纪初,人类发射了一系列绕月飞船,对月球大气和月球电离层进行研究。科学家发现,月球电离层主要出现在向日面。在表面几百米高度范围内,由太阳辐射导致的光致电离使得月球向日面出现密度不超过10^10／m2的电离层等离子体。进一步研究表明,由于月球没有内禀磁场,月球电离层与太阳风中的行星际电场耦合在一起,时刻处在“飘动”中。电离层密度的变化与月相、当地的月表剩磁、太阳风条件、当地的月壤特性等相联系。     

月球的撞击历史及其对月表物质的改造

外来天体物质的高速撞击作用贯穿了月球形成和演化的全部历史。撞击作用是塑造月球全球地貌、改造月表物质的物理化学特征、影响月球多圈层演化的重要地质营力。月球上的撞击过程、撞击历史及其对月表物质的改造，一直是月球科学研究的重要内容，也是月球探测的重点研究对象。本文综述了近十年来国、内外在月球的撞击过程、撞击历史和撞击改造浅表层物质研究中的重要进展，重点介绍了基于我国嫦娥探月工程获取的科学数据的相关研究成果，展望了该研究的发展方向，并对未来探测的重要观测目标提出了建议。     

月壤厚度的研究方法与进展

月壤厚度的研究对未来月球探测、登月与月球资源开发均具有十分重要的意义。它是恢复月球起源和演化历史的重要参数,也是估算月球3He资源量的必要前提。本文将月壤厚度的研究方法归纳为直接和间接两类,直接方法主要是利用月震数据对月壤厚度进行推算,间接方法包括基于撞击坑形态、分布以及地基雷达遥感数据估算月壤厚度两种。随着定量微波遥感的发展,结合我国嫦娥探月工程的实施,利用高分辨率被动微波遥感亮温反演月壤厚度为月壤厚度的研究指出一个新的方向。     

基于3D WebGIS月球地质空间数据管理系统

随着空间信息技术、地学信息技术和GIS等技术的飞速发展,利用QT结合OpenGEL技术建立基于3D WebGIS月球地质空间数据管理系统。该系统包含二维成果管理系统、发布系统与三维月球研究3个子系统,实现改善月球资料信息使用效率、信息化程度与多源空间数据共享。将中国探月计划所获取的月球地形地貌、岩层、土壤、资源、环境及各种相关数据资料与研究成果,以及国外包含数据、文献、报告等月球探测的研究最新成果集成在一起,建立了中国第一个月球地质空间数据管理系统。该信息系统既包含管理和服务功能,又提供面向科研、决策的信息服务与科学的分类管理、快速检索和联机查询的功能。地质空间数据管理系统具备强大的数据综合分析能力、综合管理月球地质资料与集成数据资料成果的汇总能力,将为中国探月工程提供有力的支撑。     

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。     

第七届全国天体化学与空间化学学术讨论会纪要

20 0 3年12月2 4～2 8日在海南省海口市召开第七届全国天体化学与空间化学学术讨论会。本次会议是在我国月球探测一期工程正式立项,二、三期工程列入国家中长期科技发展规划,以及我国南极陨石的回收取得突破性进展的背景下召开的。参加会议的正式代表共4 6人,报告2 6个,主要围绕月球探测和南极陨石研究两个主题。会议不仅详细介绍了我国探月第一期工程的主要科学目标,更富有远见地探讨了探月工程的第二、三期的科学目标,包括近距离月貌和地质研究、月球内部结构构造分析、就位成分分析、月 地日空间环境监测,以及月基天文观测和研究。与月球…     

月球质量瘤成因及研究方法综述

月球重力探测一直是国际深空探测的重要目标之一。计算月球重力发现,月球表面存在重力异常区域——质量瘤。通过对质量瘤的特征、成因以及研究方法进行概述总结,认为质量瘤是月幔隆升、高密度物质聚集所致,后期的玄武岩充填可能会增加重力异常,但作用微弱。尽管可以利用月震波分析和月球内部三维密度分布反演新技术,但是基于重力数据和地形资料的研究方法更能高效地对月球的重力场及其特征进行详细研究,高精度的重力场模型可以揭示月球深部构造及层圈形态,进而探索早期月球起源、内部物质演化与运动过程等。该研究方法可为月球和其他类地行星的重力研究提供参考。     

月球钻探取样技术研究进展

“嫦娥5号”探测器的成功发射，揭开了我国月球采样返回的序幕。面对当前月球（未来深空）探测的需求，钻进技术作为能够获取深层地质样品的最常用手段，受到越来越多的关注。然而，地球环境下的常规钻探机具与工艺在面对月球（太空）环境时并不能直接进行应用。基于此，本文就当前各国月球钻探技术的研究进展进行了广泛调研与分析，具体包括真实月壤的性能及模拟月壤的研发、月球环境对钻进的影响、月球钻探机具结构和月球钻探规程的探索等几个方面；并对未来月球钻探技术的发展进行了分析思考。     

中红外光谱在月球探测中的应用

硅酸盐矿物的中红外光谱一般具有明显的CF特征和Reststrahlen吸收带,这些特征都与硅酸盐的组成密切相关,可以作为判别其组成的指示特征。月球表面的主要矿物有辉石、斜长石、钛铁矿和橄榄石,其中除了钛铁矿以外,都属于硅酸盐的范畴。如果充分利用月球表面硅酸盐的红外光谱特征,即CF特征和Reststrahlen吸收带,将可以用于探测VIS-NIR光谱无法完成的探测目标:钙长石、橄榄石、石英和碱性长石等。如果在嫦娥工程的后续探测器(如轨道器、月球车或者软着陆平台)上搭载中红外光谱仪对月表物质进行探测,将有利于成功实现对月球表面的矿物和岩石的精确探测,这也将是我国首次采用中红外光谱探测仪对月球进行系统的矿物与岩石探测。