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。     

月球的构造演化：嫦娥月图解释的理论基础

基于月球研究资料的整理、综合及嫦娥1月图影像的实例解读和解释,本文介绍并总结了月球的构造及演化研究的若干概念、研究思路和新的观点。通过纲要性勾画,描绘月球不同类型和阶段构造演化的基本轮廓,重点论述了四个方面的问题：对月面建造历史和月球演化的历史进行了修正,将月球演化按照其特点三分为冥、古、新月宙／界,并提出建立南海纪／系的主张;以东海Hevelius抛射建造（／东海群）分析为例,主张建立构造一建造综合分析思路;从抛射建造与月面相互作用的角度,提出并阐述了掘积系统的概念、掘积系统内外带之间划分的新标志即蚀积盂及其所组成的捩侵蚀带（TSZ）;在月球表面形貌构造区划分析的基础上,通过对月盆、月海的时空分布规律的分析、综合,提出月球晚期大轰击（LHB）所造成的月盆开掘期间,具有“轰击漂移”现象,并推测月球LHB过程中出现准对跖翻转;通过对古老月陆区所保存的线性构造解读和构造形迹的组合关系分析,尝试性地提出在冥月宙月球岩浆洋（LMO）演化晚期可能存在单板模式的月全球构造。月球构造演化从初始阶段的LMO所驱动的内动力体制转向冲击造成的外动力体制。     

月球地质年代学研究方法及月面历史划分

介绍了确定月球地层单元相对年龄和绝对年龄的方法。建立相对年龄的方法主要有4种：地层叠置法、撞击坑大小频率分布统计法、撞击坑形态法和月壤成熟度法;研究绝对年龄的方法有两种：样品的同位素测年法和月球成坑计年法。回顾了现用月球层序划分的形成及发展过程,在此基础上,提出了改善月球年代划分的建议,分别用冥月宙、古月宙和新月宙表示月球内动力地质作用为主的时期、内外动力地质作用共同作用的时期和外动力地质作用为主的时期。推荐以南极艾肯盆地的形成为界线,将前酒海纪划分为前艾肯纪和艾肯纪,分别表示月球内动力地质作用为主的演化期和内外动力地质作用并重的演化初期。这种改进后的“三宙六纪”的月球年代划分既可以形成逻辑上更符合月球动力学演化过程的月球年代划分,同时又有助于开展在月球背面的地质研究。     

Frontiers in lunar science based on bibliometric analysisSCIEI北大核心CSCD

月球是人类开展深空探测的首选目标,月球探测是世界各国科技竞争的制高点。开展月球科学前沿研判,对我国实施深空探测战略、规划行星科学研究路径,进而赢得未来竞争优势至关重要。基于Web of Science数据库,本文利用文献计量学方法,对月球科学领域论文产出数量、学科和期刊分布、主要国家和领先机构的竞争力、国际合作等进行了深度分析,并通过聚类分析获得当前研究热点,梳理出五大研究领域和七大前沿问题。过去20年,我国在月球科学研究取得了长足进步,但仍然存在优秀论文少、顶尖学者少、学术期刊少的问题。未来月球科学可能在三个方向上实现突破:月球的水仍将是国际月球探测和研究的重点;月球内部结构探测或是我国弯道超车的机遇;新的月球样品将进一步揭示月球形成和演化的奥秘。本研究结果可以为我国未来月球探测和研究的规划与组织提供参考。     

月球数字地质图的编制与研究

中国月球数字地质图的编制是利用嫦娥一号、嫦娥二号月球科学探测数据和其他已有月球地质资料与研究成果,通过对月球岩石成分、地质构造和形成时代等要素的研究,应用Arc GIS平台编制1∶250万月球地质图,并建立数字地质图空间数据库。本文通过对月球典型地区地质图的编制与研究,制定了月球数字地质图的编图方案、流程与图示图例,建立了Geodatabase空间数据库,为有效地对数字地质图进行更新与管理,开展月球地质综合研究、编制全月球地质图及未来开展其他天体的地质编图工作奠定了基础。通过地质图编制与大量月球资料的综合集成研究,对月球形成与构造演化进行了初步的探讨。     

月球起源研究进展

月球是地球唯一的天然卫星,早期学者认为地月系统是普遍存在的行星一卫星系统的一员,但是月球又有许多特征,如质量异常大,挥发分和Fe元素亏损等,传统理论难以解释这些特征.因此,针对月球的起源提出了四种学说:捕获理论,共增生理论,分裂理论和大碰撞假说.目前对大碰撞假说研究较多,但研究者们始终无法较好解释地月系统氧同位素的高度一致等特征.本文试探性提出新的月球起源分裂模型,能较好的解释某些月球特征,引起研究者们对月球起源新的思考.     

月球光学遥感与制图研究进展

在月球探测活动中,光学成像探测是任务重点,也是信息量最大的数据源。航天技术和传感器技术的发展促进了月球光学遥感的发展,月球科学研究也越来越依赖于高分辨率遥感数据,对月球光学遥感与制图的研究是月球探测的关键问题之一。本文扼要论述了其中的几个方面,包括月球光学遥感数据获取系统、月球遥感立体测绘和制图,以及月球控制网构建等方面的研究进展。     

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。     

利用月球含氧矿物制取氧气的方法学比较

氧气作为人类未来在月球上生存的基本条件,研究制取方法是月球基地建设中的一个主要目标.本文分类总结了利用月球含氧矿物制氧方法;就制氧方法适合就地利用月球资源、反应的高效率、反应过程易实现性等方面比较了各类方法的优缺点,提出就地利用微波能加热、氢气作为还原剂、月壤中钛铁矿作为反应物的月球基地制氧的优选方案.     

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。     

月球撞击坑自动识别和分类方法研究进展

撞击坑是研究月球最直接的对象,也是月球表面最为普遍且显著的地貌单元和地质构造标志,在行星地质学研究中具有重要的地位。通过对月球撞击坑识别方法和撞击坑分类方法研究进展进行概述及总结,将月球撞击坑识别方法概括为人工识别、基于形态特征提取算法、基于机器学习算法、基于地理信息融合分析算法4类,并对月球撞击坑识别方法研究中存在的问题进行了分析。     

月球形成演化与月球地质图编研

按照大碰撞假说,月球形成于一次大碰撞事件,抛射出的高能量物质留在绕地轨道上,最后吸积形成月球。月球核幔在早期迅速发生分离,并出现全球性的岩浆熔融,形成了岩浆圈层（岩浆洋）。岩浆洋的结晶分异和固化导致了月壳的形成。随着月壳与月幔发生持续分异,形成了固化的月壳。而在月球后期的演化历史中,撞击作用是最重要的地质作用,形成了多尺度、多期次的撞击盆地和撞击坑,而大型撞击盆地多形成于月球演化的早期。月球地质图是开展月球形成与演化研究的重要手段,从20世纪60年代起,到70年代末止,通过对阿波罗时代探月成果的系统总结,完成了第一轮月球地质图的研制。但尽管从20世纪90年代以来国际月球探测和月球科学的研究进入一个新的高潮,获得了大量有关月球形成和演化的新认识,但还没有正式的新的月球地质图发布,因此开展新一轮月球地质图的编研,系统总结后阿波罗时代的月球探测与研究成果,是非常必要和迫切的。在新一轮月球地质图的编制过程中,需重点关注图件比例尺的选择、月面历史的划分以及月球构造和岩石建造的表达。     

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。     

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。     

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。     

Sm-Nd同位素体系在月球早期演化中的研究进展北大核心CSCD

月球的形成时间和演化历史对太阳系类地行星的演化有重要意义。Sm-Nd同位素体系因其独特的元素和同位素地球化学性质,为月球早期岩浆洋的结晶分异过程提供了强有力的制约。本文综述了^(147)Sm-^(143)Nd和^(146)Sm-^(142)Nd同位素体系的应用原理,以及目前对月球亚铁斜长岩、镁质岩套、碱质岩套、克里普岩和月海玄武岩Sm-Nd同位素体系的相关研究。最新的研究结果表明,全月球(或近乎全月球)范围在约4.35 Ga经历了Sm-Nd同位素体系的平衡,但对这一平衡事件的解释仍存在争议,主要有3种观点:①原始月球岩浆洋在4.35 Ga形成并快速结晶分异;②月球经历了较长时间的冷凝结晶,4.35 Ga为这一过程的结束时间;③月球在4.35 Ga发生某种全球性事件,造成Sm-Nd同位素体系平衡重置。另外,通过月球样品测得的固体硅酸盐月球(BSM)的ε^(142)Nd值变化范围较大(−0.19~−0.01),因此,月球的初始组成为球粒陨石组成(ε^(142)Nd=−0.19)的传统观点也有待进一步证实。目前为止,月球的形成和演化过程仍不明晰,而Sm-Nd同位素体系是月球形成和演化过程研究最重要的工具之一。     

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。