月球内部构造研究综述

回顾了月震观测的历史,归纳出月震的特点,并将月震分成热震、浅震和深震三种类型加以.分析总结出一个比较完整的月球内部构造模型.在此基础上,详细介绍了如何根据月震观测资料确定月壳和月幔.本文还对月核存在的可能性加以阐述,指出由于月球1100 km以下数据的缺乏,到目前为止没有确切的证明月核存在的证据.最后,紧密关注月球构造研究的最新进展,给出了月核可能存在的形式：半径为352 km（成分为纯Fe）或者374 km（成分为Fe-FeS晶体）.     

上月壳中的散射引起月震尾波的数值模拟研究

在阿波罗月震记录中普遍存在着强烈持久的尾波信号,这样的波形特征无法用均匀分层月球模型解释.一个普遍被接受的解释是月震尾波由月球浅层结构对月震波的散射引起.我们采用基于交错网格的伪谱和有限差分混合方法模拟研究非均匀上月壳对月震波的散射效应,在此基础上解释月震尾波的形成机制,并估计出上月壳速度扰动的强度.我们发现,在均匀分层模型基础上,进一步考虑上月壳中的非均匀结构对月震波的散射效应,能有效地解释月震信号中强烈持久的尾波.我们认为月震尾波可能是由上月壳中的低波速、低衰减和散射这三个因素的共同作用所引起.采用不同的扰动标准差模拟上月壳的非均匀性,并比较模拟波形与真实月震图的相似程度,我们发现上月壳中速度扰动的标准差应该在3%到5%之间,很可能接近于3%.     

月震和遥感探测技术的发展对月球内部结构认识的深化

基于月球内部结构的主要探测手段,即早期绕月卫星重力观测、月面月震观测和月球高分辨率遥感观测与月震数据的综合应用,可将月球内部结构的认识过程分为三个阶段,文章分别对这三个阶段的观测技术、数据情况、数据处理及代表性研究成果进行了详细的介绍及评述,阐明了探测技术的发展对月球内部结构认识的深化过程:通过早期绕月卫星摄动观测获得的低阶月球重力场开启了对月球内部结构的初步认知,发现月球表面存在高密度异常体(即质量瘤);早期的月震观测是月球内部结构认识的重要手段,获得了月球圈层结构的轮廓;月球高分辨率遥感数据,作为外部数据为月球内部结构的研究提供了更多的约束,同时,与月震数据的综合应用,深化了对月球内部结构的认识.最后对月球内部结构研究中尚存在的问题及探测技术的发展前景进行了分析和展望.     

月震的研究

本文综述了近十多年来,美国利用阿波罗登月宇宙飞船对月球的探测,以及在月球上设置月震仪台网的观测工作与所搜集的长达8年的上万张月震记录资料的分析研究成果。文章指出,由于月球附近没有大气层的干扰,因而月震仪的灵敏度可达一般地震仪的十倍到百倍,但也由此记录了陨石等“撞击”月球的“不是月震的月震”,多年来近二千次。文章接着依次介绍了各类月震的活动规律性和成因,包括深月震,多年来已确认为三千多次,这与地球的位置及其引力对月球内造成的潮汐有关;浅月震,是自发的,发生在月表较脆弱处;热震,似乎与月表岩石热胀冷缩的现象有关。文章还分析了月球内部结构及其与地球和地震现象的对比,说明这正是研究月震的主要目的。     

基于MEMS传感器的月震计安装水平和定向方案的研究

中国月震计宜于采用MEMS加速度计作为拾震传感器,以满足对重量、体积、功耗和可靠性等方面的要求.在无人登月探测中,为免使月震计的投放装置过于复杂,也为减小月震计系统的重量、体积和功耗,以及增加系统工作的稳定性和可靠性,不给月震计增加机械的水平和定向调节装置,本文根据机器人理论,通过旋转变换,论证了可以从倾斜、非定向安装的月震计观测到的月震波得到以月球北极为参考方向的水平坐标系的观测,并从实验上作了部分验证,从而为这一难题的解决找到一条可行的探索途径.     

第5章地震过程动力学

通过对类地行星——月球、金星和火星天文期的研究表明，这些行星内部和地球一样发生地震，而且现代构造活动性具有差异。地球具有高地震活动性特征，其内部能量以地震形式损耗每年达10^17-10^18J，震源分布深度达700km，地震的应力降达几百巴。月震震源可追踪到1200km深度，每年平均观测到5次月震，释放能量约10^9J／a。火星地震活动性高于月球而低于地球。金星内部地震过程规模和速率远远低于地球。     

雷达探测仪对月球次表层结构的探测模拟方法

在月球探测中,星载高频雷达探测仪(HF Radar Sounder)通过月球表面天底点和次表面天底点的回波时延差与强度探测月球分层结构.电磁波在月球分层结构内散射与传播的建模与模拟,对于从雷达探测仪回波中提取微弱的次表面天底点回波,获取次表层结构信息等有重要的意义.本文基于粗糙面散射的Kirchhoff近似与几何光学射线追踪,提出月球分层结构雷达探测回波的模拟方法.根据月球表面地形特征,由规则三角形网格对月表面地形进行数值剖分,数值计算月球表面与次表层面的雷达回波,模拟绕月飞行的星载雷达探测仪对月球表面与次表层结构的探测图像,分析月球表面特征性物理参数对回波的影响.本文所述方法也可以应用到火星等其他外星球次表层结构的探测中.     

应用Lane-Emden方程分析下月幔厚度与月核半径大小

文中取圈层结构和球对称形态为月球的基本结构假设,并以月球平均密度和无量纲惯性矩作为约束,数值求解月球Lane-Emden方程,得到下月幔厚度和月核大小的变化范围.结果表明月核的密度在4.7 ~7.0 g/cm3范围内变化时,月核半径的变化范围为704~356 km,相应的月幔厚度的变化范围约为33～381 km,月核占月球总质量的百分比在0.6%～7%之间变化.所得结果可为后续的关于月球内部结构的研究提供一定的参考.     

地震过程动力学

通过对类地行星——月球、金星和火星天文期的研究表明,这些行星内部和地球一样发生地震,而且现代构造活动性具有差异。地球具有高地震活动性特征,其内部能量以地震形式损耗每年达1017—1018J,震源分布深度达700km,地震的应力降达几百巴。月震震源可追踪到1200km深度,每年平均观测到5次月震,释放能量约109J/a。火星地震活动性高于月球而低于地球。金星内部地震过程规模和速率远远低于地球。5.1月震动力学月震空间分布最重要特征如下:1)少数月震外,几乎所有月震都发生在600—1000km的深度上;2)月震在固定地区(震源)多次重复,每一震源的月震…     

全球地震过程及其机理

对比研究地震、月震、火星震和金星震有助于认识物质现代运动的本质和揭示地震过程的物理实质。3.1类地行星的地震活动3.1.1月震活动性月球是地球的天然卫星,月球距离地球384400km,它在空间运动过程中主要受地球和太阳影响。月球质量为7.35×1026g(地球质量等于5.977×1027g),体积为21.99×109km3,月球平均密度等于3.34g/cm3(地球密度等于5.52g/cm3)。在30亿年时界上,月球相对平静,很久前就已冷却。通过月球面热辐射不超过1026erg/a(地球上热损耗达1028erg/a),月球面上有超深断裂和弱化带的全球系统。图3.1月球内部结构图月球内部结构可分成…     

在嫦娥一号探月工程中求定月球重力场

月球重力场制约着近月外空间物体的运动,同时环月飞行器的运动也反映了月球重力场的作用. 本文结合我国嫦娥一号探月工程,探讨了利用月球卫星的地面跟踪资料,求定月球重力场的基本理论和方法,分析了环月卫星的轨道高度、地面跟踪采样时间间隔和跟踪精度等对求定月球重力场的影响. 若单独利用我国嫦娥一号探月工程的地面跟踪数据,恢复30阶次左右的月球重力场模型是一个比较实际的目标. 地面跟踪最好能以75s的时间间隔进行采样,数据连续提供时间应不少于30个昼夜,月球卫星星下点的月面轨迹间距不大于110km.     

月球表层及月壳物质密度分布特征

月球表层与月壳岩石密度的横向与径向的变化,反映了月表及内部成分以及月球演化等特征.本文利用月球勘探者号伽马射线谱仪探测的月表Fe, Th与Mg元素分布数据,依据前人给出的元素含量与岩石类型的关系,对月球表层进行了岩性填图,并结合岩石样品与陨石的密度测试数据建立初始密度模型,采用铁元素与岩石密度的关系对其进行修正,从而建立了月表物质密度分布模型.基于嫦娥一号激光测高数据和日本SELENE计划发布的月球重力模型,计算出月球布格重力异常,进而反演得到月壳0~40 km深度范围内岩石平均密度分布模型.分析表明,大部分区域上,月壳至少月壳上部岩石成分主要以轻质的富含铝、钙、镁质的硅酸盐类岩石为主.由此推测,原始月壳极有可能是由轻质的、富含钙、镁质硅酸盐类岩石构成的全球性月壳.现今的玄武岩与克里普岩只是覆盖于原始的月壳之上的岩层,且厚度不大.     

利用重力多尺度分析方法反演月球雨海地区三维月壳与上月幔结构

雨海盆地是月球正面最大的撞击盆地之一,确定其月壳与上月幔精细三维结构,对研究月球“质量瘤”形成机制等科学问题具有重要意义.常用于反演月壳与上月幔结构的月震波方法受限于月震台站稀少,给出三维结果的空间分辨率不足.随着重力测量技术的发展,月球重力数据横向分辨率逐步提高,但存在垂向分辨率不足问题.鉴于此,本文采用重力多尺度分析方法来进行改善,以获取研究区域月壳与上月幔精细三维密度结构与壳幔界面深度.研究结果表明：雨海盆地内部存在一个顶部小、底部大的高密度物质体,其底部中心位置约为经度16°W,纬度42°N;雨海盆地壳幔界面存在明显上隆,且盆地内部上隆趋势不平滑,发现有类环状异变现象;雨海“质量瘤”可能是由内部高密度物质和壳幔上隆共同推动形成的;重力多尺度分析方法可以有效提升重力数据的垂向识别能力,获取更为精细的三维月壳与上月幔结构.     

基于月球动力学演化的地质年代划分

月球地质年代表将月球的地层按形成的时间顺序划分为不同的时代,能够清晰地表达月球的整体演化历史.在地基望远镜观测和阿波罗时代早期,由于当时所用数据的空间覆盖度和分辨率有限,所建立的月球地质年代划分存在部分缺陷.在阿波罗时代结束以来的几十年里,人类对月球进行了更广泛的研究,拓展了对全月地质演化的认识和理解.基于对月球动力学演化的综合性分析,本文对当前的月球地质年代表进行了更新,特别考虑了内动力地质作用和外动力地质作用在月球早期演化中所发挥的作用.首先,根据内动力和外动力在不同时期对月球改造的效应,提出了三阶段月球动力学演化模型,并建立了三个相应的“宙/宇”级别的年代及地层单元.其次,为了更清晰地反映月球的演化历史,以南极-艾肯(SPA)盆地的形成为界线将前酒海纪划分为了岩浆洋纪和艾肯纪,其中较年轻的艾肯纪是以SPA盆地的形成为起点.本文识别了SPA盆地的溅射物地层,即达斯建造,其沉积在月球的原始月壳上,是岩浆洋结束后保存下来的最古老的外动力成因地层.更新的月球地质年代表系统综合了阿波罗时期以来月球探测和研究的成果,构建了一个描述月球演化历史的系统框架,能够更方便地开展月球地质研究,对其他类...     

地月空间粒子辐射环境及其对月表物质的影响研究进展

由于没有全球磁场和稠密大气保护,月球直接受宇宙线、太阳风和地球风粒子的轰击.了解月球空间粒子辐射的特性、粒子的来源和传输等过程,本身是亟待解决的空间科学基础问题,同时还可帮助更好地提供预报和预警,为保障探月和载人登月等活动的安全提供理论参考;此外,月球空间辐射环境中的粒子与月表作用产生的水等物质对载人登月和月球基地意义重大,且月表物质保存了空间环境较为完整的信息和演化历史,对研究地月系统及太阳系其他天体(乃至系外行星)的宜居性与演化,也具有重要的科学价值.本文在简要总结地月空间粒子辐射环境研究现状的基础上,重点分析了近月粒子辐射环境及其对月表物质所产生的影响,梳理了宇宙线、太阳能量粒子事件、太阳风、地球风以及月源粒子等不同辐射的来源和传输机制,这些粒子与月表作用产生水、赤铁矿、中性原子等物质的过程,以及相关过程对月球空间环境的影响、对地月系统演化的启示等关键科学问题,并提出了解决问题所面临的技术难点,最后对未来可能的重点研究内容进行了展望,可为后续月球探测任务(例如嫦娥四期和国际月球科研站等)相关领域科技规划提供一定的参考.     

孟连7.3级地震前水氡浓度月变的异常场特征

对云南地区１２个不氡点资料进行统计分析，发现水氡浓度普遍存在月变现象，这种月变是与月球运动有关潮汐响应。孟连７．３级震前，较多水氡点月变幅度普遍显示异常，异常量和异常时间在平面颁上有一定规律可循     

月球探测计划研究进展

详细介绍了国内外已实施的苏联"月球号"和"探测器号",美国"先驱者号"、"徘徊者号"、"勘测者号"、"月球轨道器号"、"阿波罗号"、"克莱门汀号"、"月球勘探者号"和"月球勘测轨道飞行器号",日本"飞天号"和"月亮女神1号",欧洲"智能1号",中国"嫦娥一、二号",印度"月船1号"等探测工具和未来实施的探月计划.详细介绍了美国GRAIL月球重力双星计划的总体概述、关键载荷和科学目标.具体阐述了我国下一代月球卫星重力梯度测量工程的实施建议和重要意义.认为我国下一代月球卫星重力梯度测量工程的成功实施将逐渐打破"太空战"的威胁,使世界和平得到有力维护.     

月表温度对于月幔对流影响的数值模拟研究

行星内部对流计算中,一般都将其表面温度作为常温处理.但在月球、水星等无大气的天体表面,温度与纬度明显相关,月球两极和赤道的平均温度相差可以达到100 K以上.纬度相关的温度边界条件,是否会影响天体早期对流特征与内部热状态,过去没有得到重视和研究.本文使用有限元方法进行了二维球壳对流模型的热演化模拟,以评估无大气行星上,与纬度高度相关的表面温度对其内部对流和演化的影响.模拟计算结果表明,表面温度会对月球对流形态产生较大影响,两极因为相对更冷而易于形成下降流,上升流更倾向于从赤道位置开始,在早期演化中表现得尤为明显.受边界条件影响,月球两极与赤道的岩石圈厚度差异可以达到400 km以上.今后在研究太阳系内月球、水星一类没有大气的天体演化、特别是早期演化时,对于表面温度纬度相关分布的影响应该予以考虑.     

利用嫦娥一号卫星受控撞月过程的影像数据进行撞月点定位

许多月球探测任务都实施了撞月实验.撞月点位置的预报和确定主要数据来源是地面测控提供的外推轨道预报数据、实测轨道数据和地基望远镜观测数据.由于大部分月球探测任务都携带有相机,利用撞月过程中获取的影像数据,结合月表地形数据,提出一种计算卫星撞月点的新方法,并利用该方法验证了已发布的撞月点位置.     

月球的全球构造格架初探

长期以来,最初依据月表反照率建立的月陆、月海二分法一直主导着人们对于月球构造格架的基本认识,然而自20世纪末以来的各种月球探测数据均表明,南极艾肯盆地作为月球上最大的撞击盆地不仅占据了月表很大的面积,而且有不同于月陆和月海的性质及演化过程.本文通过综合研究月球典型的地球物理、地球化学以及地形特征,初步确定了月球的全球构造格架是一个既有横向表面延伸又有纵向深部延伸的三元结构,包含三个月球大地构造单元,分别是主要覆盖正面风暴洋及周围月海盆地区域的月海构造域、主要覆盖背面高地的月陆构造域以及位于南极艾肯盆地的南极艾肯盆地构造域.