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     

月球上的水：探测历程与新的证据

最早提出月球上可能有水的设想是在20世纪60年代初,但一直停留在理论阶段,即使60～70年代阿波罗计划采集的月球样品在地面实验室的精细分析也认为月球上没有任何形式的水.美国1994年发射的克莱门汀号和1998年发射的月球勘探者号虽然获得月球上可能有水的一些间接证据,但其探测数据的解释一直存在质疑和争论.2008年以来,...     

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。     

月球构造新认识：基于60m高精度全月月形图的月球构造形态学研究

一直以来月球上都没有发现像地球上一样的全球板块构造现象,被认为是属于单板块构造的行星体并且是不活动的。随着月球地形探测精度的提高,人们逐渐发现了一些地质现象表明月球并不像之前想象的一样是不活动的。高精度的月形数据显示出了月球上除了存在众所周知的(撞击作用产生的)复杂的撞击构造外,仍然存在许多可能由内生作用产生的构造特征:如裂谷、山脊、火山群等。本文利用最新高精度月球激光高度数据(LOLA数据)建立了全月60m(相当于7秒网格)高精度月形图。由于数据量超大(TB级别),作者编写了基于并行架构的集群计算处理代码,其计算效率提高了近300倍。基于这些图件,作者在全球范围内找出许多重要的构造现象,并根据其构造及地质特征进行分类研究。研究结果表明并不像之前认识一样,月球上的确存在许多地质构造体是由月球的内生地质作用所产生,并建立对于月球结构和构造的新认识。此外,通过对比发现,像地球上全球尺度的线性山脉只是板块构造运动的结果;另一方面,在无板块构造的行星上,就像月球一样,会产生大面积的高地(月陆)和低地(月海地区),这种地质现象很有可能是行星地壳岩浆演化的直接结果。在文章最后,作者还将制作出的60m分辨率的全月月形系列图件附后并公开,以方便其他科研人员进一步开展相关研究;并以此敬献中国地质科学院60周年庆典。     

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。     

基于“嫦娥一号”干涉成像光谱仪数据的月球岩石类型填图:以月球雨海—冷海地区(LQ-4)为例

月球表面的岩石类型分布是理解月球岩浆演化的线索。随着出现越来越多的月球探测数据,利用我国的月球探测数据开展数据挖掘,以获得更深刻的科学认识,这是促进相关研究领域发展的当务之急。文中在进一步校正干涉成像光谱仪数据的基础上,获得了更为可靠的月表FeO和TiO2、镁指数填图等。在调研已有的月球岩石分类标准的基础上,根据我们的月表成分填图结果并结合Lunar Prospector Th元素数据,将月球岩石分为亚铁斜长岩、富镁结晶岩套、克里普岩和5种不同钛含量月海玄武岩等8类岩石。笔者以月球正面雨海—冷海(LQ-4)地区为例,做出该区域的岩石分类图,并讨论了该地区的岩石成因。该地区覆盖"嫦娥三号"着陆区,包含月球雨海撞击事件所形成的玄武岩岩浆泛滥区,对于理解月球的岩浆演化具有重要的研究价值。笔者利用岩石类型分布图,结合岩石同位素年龄数据,与对该地区岩石类型分布及其所代表的月球岩浆演化历史进行了讨论。此外,笔者也对"嫦娥三号"着陆区的FeO、TiO2和镁指数、岩石类型等进行了初步判别,有待于与玉兔号搭载的探测仪器测量结果相互验证。     

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.     

热力学计算模拟对初始月幔结构的约束SCIEI北大核心CSCD

月球岩浆洋结晶形成的初始月球内部结构是其后续演化过程的开端,其结晶过程受月球岩浆洋的初始深度和物质组成这两个参数的制约。由于缺少直接来自月球深部的岩石样品,目前关于月球岩浆洋演化过程的探讨主要依赖实验和计算模拟手段。岩浆洋模型中形成的月壳厚度是否与探测结果一致是月球岩浆洋演化模型合理性的重要约束。最新的GRAIL(Gravity Recovery and Interior Laboratory)探测数据推算月壳厚度为34~43km,低于阿波罗时期认为的约70km,这对已有的月球岩浆洋演化模型提出了挑战。本文采用并修正FXMOTR程序包,针对月球岩浆洋在不同的初始深度和物质组成情况下的结晶过程,进行了一系列热力学计算模拟。通过量化月球岩浆洋的初始深度和物质组成对月壳厚度的影响,结合关于月球内部微量元素分配的研究结果,对比了月球岩浆洋结晶后期的残余熔体与原始克里普组分(urKREEP)的成分。本文的模拟结果显示,一个全月幔熔融且初始成分为月球初始上月幔组成(LPUM)的岩浆洋将在其深部结晶2.5%石榴子石,形成的月壳厚度符合GRAIL的约束,并且结晶出了合适的urKREEP成分。在此模型的基础上获取了月球初始的内部成分和密度结构,并对后期月幔翻转(Overturn)的程度进行了探讨。     

Validate global mapping of internal lunar magnetic field

In this work, we report a global mapping of vector lunar magnetic field based on new method of separation of internal and external fields. The magnetic measurements collected during the lifetime of lunar prospector (LP) extended mission during 1999 were strongly disturbed by the solar wind, a period which coincided with a maximum of the 23 cycle activity. The multiscale wavelength external fields were analyzed using spherical harmonic transform. The external field determined by inversion was then removed from each magnetic field component for each half orbit. To map the vector magnetic crustal anomalies, all LP magnetometer data collected at low altitudes in the three different lunar environments: (1) geomagnetic tail, (2) solar wind, and (3) geomagnetic sheath were processed using this new approach. The results obtained using these selection criteria allow us to get a global coverage of the lunar surface by the vector magnetic field at variable spacecraft low altitudes. To validate our mapping, we have developed and applied a method based on properties of potential fields functions. This method can be used to determine both horizontal north and east components using only vertical component. The validated lunar internal magnetic measurements obtained at variable spacecraft altitudes were then continued to a common altitude of 30 km using an inverse method. This mapping confirms firstly the nature of the crustal sources of lunar magnetic field and clearly shows that the strongest concentrations of anomalies are associated with high albedo and/or located antipodal to large young basins (Orientale, Serenitatis, Imbrium, and Crisium) of age about 3.9 Ga.     

磁法和瞬变电磁法探测煤层火烧区边界及富水性

新疆天山某煤炭勘查区,需查明一水平内火烧煤层的下边界及其富水性。在综合分析该区地质资料及物性参数的基础上,采用了以磁法和瞬变电磁法为主的物探方法。磁法勘探测网设计为20m×80m,并在后期对西部测线进行了加长。根据测区实测磁异常分布图、低通滤波后磁异常分布图、向上延拓30m磁异常分布图及垂向二阶导数磁异常分布图,圈定火烧区主要分布在测区的北部。瞬变电磁法勘探测网设计为40m×80m,依据下1、下5及下10煤层底板富水异常分布图,解释下1、下5煤底板的富水性主要集中在测区的北部,与火烧区范围高度一致,而下10煤层底板富水性极不均匀,仅在测区北部煤层露头附近,受砂岩裂隙的影响,接受降水补给形成零星砂岩裂隙富水区。该解释成果经矿方钻孔验证,结论基本可靠。     

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。     

月球表面的环境特征

本文通过对月球探测资料和研究结果的系统分析,认为月球体积小、质量轻、离太阳较近(温度高)等因素是月球只有极为稀薄大气层的原因;论证了月球极地阴影区存在水冰的证据,并计算出水资源量约为66亿吨。研究了月壤中氦-3的含量与月壤颗粒大小、矿物组成、元素成分和结构特征的关系,并估算了氦-3的资源量;探讨了月球表面的反射率;综合分析了月球区域性磁场的形成机制。     

1:250万月球地质图符号库的设计与实现

为解决1:250万月球数字地质图在多单位协同编图过程中缺乏统一、规范的地质图符号、制图模板造成不同图件之间信息不统一的问题,通过ArcGIS平台,和其他矢量图形软件,参照我国第一幅1:250万月球地质图（虹湾幅）的符号,设计编制了一套月球地质图符号,其包含月球撞击坑物质、盆地建造、构造和岩石特性等地质信息.并建立了分类存储、可移植的符号库和统一的编图模板.该套标准化符号、符号库、编图模板有利于多单位共同规范的开展1:250万数字化月球地质图编图项目,提高编图效率,同时也为我国开展其他类地行星地质编图的国际合作,编制统一、规范化的地质图奠定基础.      

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。     

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。     

南海西北部重磁场及深部构造特征

通过对南海重磁数据的重新处理,得到南海西北部自由空间重力异常图、布格重力异常图、磁异常图和化极磁异常图,并对所反映的地球物理场特征加以分析。根据重力场资料对研究区的地壳结构进行了反演计算,结果表明地壳厚度在10～38km之间,总的趋势由陆向洋逐渐减薄,对应于地壳类型从陆壳、过渡壳到洋壳的分布特征。根据磁力资料计算了居里面深度,其埋深变化于11～27km之间,在陆区居里面是下地壳顶界面和莫霍面之间的另一个物性界面,而在海区则接近于莫霍面埋深。     

月海盆地线性构造展布及其成因分析

综合多源遥感数据识别提取月球正面南北纬50°之间的线性构造,重点分析月岭和月溪的影像特征、分布规律和时空关系,结合月海沉降模型分析两者的成因机制,结合地形和重力场数据预测影响月岭类型的因素。研究表明,在质量瘤盆地,月岭和月溪存在明显的时空关系和构造成因联系,两者主要由月海沉降产生的局部应力引起,前月海时期盆地的均衡状态和月海充填的几何形状可能影响了月岭的分布类型。