绕月探测工程的初步科学成果

嫦娥一号是我国发射的第一个月球轨道探测器, 是中国月球探测工程“绕”、“落”、“回”发展战略的第一步. 嫦娥一号于2007年10月24日在西昌卫星发射中心成功发射, 2009年3月1日受控落月于52.36°E, 1.50°S的丰富海区域, 在轨运行495天, 比预期一年的工作寿命延长4个多月, 一共获得了1.37 TB的原始科学探测数据, 在此基础上目前已生产出约4 TB科学应用数据产品. 通过对这些科学探测数据的初步分析和应用研究, 已经获得了包括“中国首次月球探测工程全月球影像图”在内的一系列科学成果, 圆满实现了预期的各项科学目标, 为推动我国月球科学和天体化学的研究和后续月球探测工程的开展奠定了重要基础.     

月球探测及月球重力场的确定

针对近年月球探测渐成热点和我国即将发射“嫦娥卫星”的状况,本文首先归纳了月球各项几何与物理特性以及月球探测的经济、科学和战略意义.然后,讨论了月球重力场在探月中的作用,并对国外月球重力场研究的发展历程、主要方法及面临的困难进行了综述.最后,结合我国“嫦娥工程”,对我国月球重力场探测的可行性,从航天运载能力、轨道跟踪手段、重力场恢复技术以及方法创新等方面进行了分析,以期为我国自主确定月球重力场模型提供参考依据.     

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.     

月球探测计划中影像数据的格式

月球影像数据是研究月球的地貌、地表形态,绘制全月地形图以及进行各种相关科学研究的基础.早期的Lunar orbiter,Apollo,Surveyor基本是以模拟影像格式传回地球,经过扫描后以照片形式发布.Clementine 的数据是通过PDS中心,以PDS的形式发布的.影像数据的保存与发布格式应遵循以下原则：数据格式要便于经常更新和补充;能够在各种平台和各不同目的使用人群中方便地使用;要符合国际标准,方便处理,能够与以前多次探测计划得到的数据结合使用.为中国嫦娥工程的影像数据格式提出建议.     

月球南北两极研究进展与发展趋势

本文着重对上世纪90年代开始的对月探测中关于月球南北两极的一些研究结果进行了综述,包括地质地貌,水冰及其光照条件等问题.笔者认为,在未来的对月球两极的探测活动中,获取月球两极更高空间分辨率的地形和地质等数据是非常重要的,而与此相关的光照,温度及同月球基地建设相关问题等研究将是主要的研究方向,且必将随着各国探测进程的发展取得更多和更深刻的认识.     

嫦娥一号图像数据处理与全月球影像制图

“中国首次月球探测工程全月球影像图”是我国第一幅覆盖月球的遥感影像图, 将成为嫦娥工程后期探测和月球科学研究的重要基础图件. 详细介绍了嫦娥一号CCD图像数据的获取、数据特点和数据质量, 描述了图像数据的处理方法和流程, 按制图规范对图像数据进行了镶嵌拼接和处理, 制作了覆盖全月球的1:250万比例尺影像图, 并进行了影像图的定位精度分析. 数据处理和制图结果表明, 嫦娥一号CCD数据及其定位精度能够满足1:250万比例尺的制图要求, 制作的“中国首次月球探测工程全月球影像图”, 其相对定位精度优于240 m, 平面定位精度约为100 m~1.5 km, 定位精度略好于2005联合控制网(ULCN2005)和克莱门汀基础地图(2.0版); 对所有像元进行了逐一光度校正, 大大改善了全球图像的一致性, 是目前覆盖最全、图像质量最好、定位精度最高的全月球影像图.     

月球南极的微波辐射分布与异常

对南极的探测是几乎所有月球卫星探测任务的重点目标之一.其目标意在利用该地的光照资源和可能存在的冰为今后建立月球基地提供条件.利用多层微波辐射传输方程模拟并分析了多种影响因子对月壤微波亮温的影响.使用“嫦娥一号”微波探测仪（CELMS）所获得的观测数据研究了月球南极的微波辐射分布规律.在分析其普遍规律的基础上,研究了具有异常微波辐射特征的地区.月球极地微波亮温呈现规则环状分布,从赤道向两极递减.分析认为,在赤道月壤内温度梯度较大,越向两极月壤内的平均温度梯度越小.随着频率降低,白天夜晚的亮温差也逐渐降低.据此制作了两极月球亮温分布图.研究发现,微波亮温的变化在南纬85°以后逐渐与高程变化同步.这一现象与太阳照射月球的角度有关,并指示了南极月壤温度的冷热分布.所提取出的异常冷点分布是永久阴影区的搜索方向,异常热点则标志着该地有丰富的热量资源.     

国家需求在行星科学一级学科建设中的导向作用

进入21世纪以来,深空探测成为一项重要国家战略,5次月球探测工程任务和首次火星探测工程任务均取得了成功.小行星采样返回、火星采样返回、木星探测、太阳系边际穿越、月球科研站等新的战略规划昭示了中华民族伟大复兴的雄心.毫无疑问,我国已成为一个快速崛起的深空探测大国.在此背景下,行星科学学科建设的滞后成为制约我国深空探测事业...     

华北科学探测台阵背景噪声特征分析

利用华北科学探测台阵180多个宽频带台站2007年的连续记录,得到了台站之间噪声互相关函数.通过对三个分量记录的相关运算,获得了Rayleigh波和Love波的经验格林函数,分析了其信噪比随周期的变化和高信噪比台站对的方位分布.利用经验格林函数的非对称性和聚束方法,研究了华北科学探测台阵地震噪声的方位分布,及其季节变化特征.尽管噪声源的分布随季节有轻微变化,但全年的分析结果表明,10～32 s周期内华北台阵的地震噪声源在各个方向上的分布近于均匀,这为利用噪声成像提供了理论前提.     

海洋地球物理研究与海底探测声学技术的发展

海洋地球物理以物理学的思维与方法研究占地球三分之二面积的海洋系统.20世纪地球科学迅猛发展,它的重大进展是海底扩张说与板块构造说的出现和海底大洋的发现,以及前者所引发的地球科学思想革命,从固定论向活动论的思维转变.海底研究对于20世纪地球科学发展的贡献极为巨大,而海洋地球物理是推动海底科学研究的重要原动力.海洋地球物理在20世纪地球科学的发展中有过辉煌的成就,占有十分重要的地位;在新的21世纪里,海洋地球物理研究仍然保持着前沿科学的地位,继续推动着地球科学的进展.目前的海底探测主要还是依赖于声学探测技术.水下声学定位技术是实现水下探测系统精确定位和海底高精度探测的基础.传统性的海洋地震探测技术是研究海底构造与海洋岩石圈深部结构和寻找海底矿产的主力技术,它近年来无论在海上采集技术还是数据处理技术方面都发展得很快.多波束测深、侧扫声呐测图和海底地层剖面测量等则是近数十年快速发展起来探测海底浅部结构信息的技术.这些技术已经在当代海底科学研究、海底资源勘查、海洋工程和海洋开发,以及海洋军事活动等方面发挥出极其重要的作用.     

嫦娥三号

嫦娥三号卫星是中国国家航天局嫦娥工程第二阶段的登月探测器．嫦娥三号由着陆器和巡视探测器（即“玉兔号”月球车）组成．进行首次月球软着陆和自动巡视勘察．获取月球内部的物质成分并进行分析．将一期工程的“表面探测”引申至内部探测。     

地震科学探测台阵无线监控技术

地震科学探测台阵是开展地震学综合研究的大型野外观测系统,可根据观测目的布置在一定区域内进行连续观测。其特点是数量大、分布广,台站工作状况易受外部环境的影响。实际工作中迫切需要掌握流动地震仪的工作状态,而人工巡台工作量大,时效性不能保证。流动地震仪器工作状态的监控对于野外流动观测具有重要意义。我们采用虚拟网络（VPN）技术,通过无线（CDMA／GPRS）通讯方式组成局域网,实现了科学探测台阵总控中心一流动监控中心一观测仪器间的实时通讯,可方便、快速地对大量流动观测台进行实时监控和数据传输,显著提高了远程仪器维护的工作效率,便于提高观测质量。     

地震探测中三个科学难题的涉足与创新征程

在前苏联科学院大地物理研究所攻读学位研究生期间,曾涉足了地球物理学探测中三大难题,即:地震多次波、小幅度断层的分辨和绕射波场动力学,在中、外导师的悉心指导下,对这三个难题进行了研究和探索,并取得了可喜成效.此间发表学术论文(SCI期刊检索)10篇,并通过在全苏公开答辩取得了物理—数学副博士学位.然而这三个课题至今仍然是困绕着复杂波场分析和震相识别的难题,尚必须继续深入研究和深化认识.     

中国地震科学台阵流动观测现状及进展

地震科学台阵是由一定数量的地震仪组成,并根据具体研究目的布设成一定几何形状的地震观测系统。随着地震观测技术的发展与进步,探测能力的提高,大规模流动地震科学台阵观测将成为高分辨率深部结构成像的重要手段和发展方向。本文主要阐述了开展流动地震科学台阵观测的重要性,介绍了国内外流动地震科学台阵观测现状以及差距,并针对我国目前流动地震观测技术,提出了要加强我国流动地震科学台阵观测平台和人才队伍建设,提高深部结构探测成像的精度,增强对深部孕震环境和地震发生机理的认识水平,为社会防震减灾事业服务。     

用于空间中高能离子探测的飞行时间(TOF)质谱仪——发展现状与展望

对空间中能量介于几十keV到几MeV的离子进行成分、能谱、通量和角分布等信息的测量,具有十分重要的科研和应用价值.20世纪80年代,一种基于二次电子发射(Secondary Electron Emission,SEE)的TOF×E空间中高能离子探测器(下简称中高能TOF质谱仪)问世,直到今天,仍然被广泛应用于各类空间任务.本文将重点介绍中高能TOF质谱仪的技术原理,发展历史,当前发展现状和未来趋势.另外还对中高能TOF质谱仪的质量分辨率和抗干扰能力两项关键参数的影响因素进行分析,并探讨通过引进石墨烯薄膜和金刚石探测器改善两项性能的可能性.该项技术目前我国仍未掌握,但随着我国多项深空探测项目即将开展,已对该技术提出了科研和应用需求.针对未来不同的空间任务需求,我国对中高能TOF质谱仪的研发应涵盖单方向高精度和多方向多要素两种类型,并研究通过引进石墨烯薄膜和金刚石探测器等新技术,进一步提升其探测性能和空间任务适应性.

     

我国深部探测技术与实验研究进展综述

深部探测技术与实验研究专项(SinoProbe,2008-2012)是我国历史上实施的规模最大的地球深部探测计划.专项开展了全国4°×4°、华北和青藏高原1°×1°的大地电磁阵列观测,建立了全国地球化学基准网(含78种元素),完成了青藏高原、华南-中央造山带、华北和东北等四条超长深地震反射剖面,部署了罗布莎、金川、腾冲、南岭、庐枞和铜陵等大陆科学钻探实验,开展了青藏高原东南缘和华北地区地应力监测;在我国东部长江中下游和南岭成矿带开展的矿集区立体探测卓有成效.同时,专项还开展了岩石圈三维结构与地球动力学数值模拟、大陆地壳结构与演化的综合研究.专项全面实施以来,已经完成约6000 km的深地震反射剖面,成功研究、实验了地壳与地幔深部探测的一系列技术方法,积累了丰富经验,极大地加快了我国深部探测的进度,在国内外产生了强烈的反响.专项实现了技术组合创新、技术进步与重大科学发现的并举,适应我国地质地貌条件和地壳/岩石圈结构特征,初步形成了具有不同层次、不同尺度、不同精度探测空间组合的深部探测技术方法体系,建立了若干各具地质特色的探测试验基地.专项实验已经取得了一系列重大突破与重要成果,深部探测关键仪器装备自主研发获得重大突破,为全面开展地壳探测工程的组织实施奠定了必要的技术基础.     

我国城市物探的应用与发展

随着工程物探的应用与发展,我国城市物探起步于上世纪80年代中期,利用物探手段解决与城市工程建设密切相关的问题,为城市规划、建设与管理提供了大量探测技术成果资料,已经成为应用地球物理的重要组成部分,与工程物探、环境物探有着密切关系.城市物探工作具有很多特点,工作内容方方面面,涉及地面探测、工程测试、水域作业以及井中探测,...     

中国青藏高原深部地球物理探测与地球动力学研究（1958—2004）

经过半个多世纪的努力,中国学者在青藏高原进行的地壳上地幔地球物理探测工作取得了巨大进展. 累计完成长约45000km的深部地球物理探测工作,取得了许多科学数据,为探讨高原地壳上地幔结构、隆升机制和动力学研究奠定了基础. 为比较全面反映中国学者多年来的工作成果,作者广泛收集资料,总结了中国学者在青藏高原地壳上地幔地球物理探测工作程度,并按照方法分类绘制了系列工作程度图. 文中分别对地壳结构、上地幔的横向不均匀性、岩石圈的电性结构、青藏高原隆升机制、青藏高原地球动力学模型等几个方面所取得的主要成果做了概略的评述. 已有资料表明：青藏高原的莫霍面埋深变化较大,且在几条重要缝合带莫霍面两侧都有断错;根据目前的探测结果,高原在20±5km埋深范围内普遍存在壳内低速高导层,速度一般为5.6～5.8km/s,电阻率约为1～10Ω·m,厚度一般为5～10km,但横向分布不连续. 低速层与高导层的深度、厚度在趋势上一致,但不十分吻合.天然地震的研究结果表明,组成高原各个地块内部的地震各向异性方向大致相同,各地块的分界处各向异性方向往往有明显的变化;虽然对高原隆升机制还存在不同的看法,但至少认为高原是多期隆升、多种机制共同作用的结果这一点已达成共识. 综合已有的地球物理调查成果,结合地质地球化学资料建立的高原地球动力学模型,形象地表达出青藏高原岩石圈的双向挤压变形模式. 这些工作为研究青藏高原隆升和变形机制提供有价值的信息.     

科学与技术的发展和创新旨在为宇宙提供真正的写真

世界上由奴隶社会的工具制造革命进入到农业革命,由农业革命进入到工业革命,又由工业革命进入到知识革命,再由知识革命走向文明发展的征程上,其发展与进步取决于生产力的不断提高和生产力结构的不断革新,而究其实质则为科学技术的快速发展和人类不断创造的结果.这是由于科学和技术在推动着社会与经济的不断前进,是第一生产力.在时代、社会、经济、政治漫长的发展长河中,劳动和创造是人类活动的本质和社会进步的源泉.当今已进入21世纪,正处在科技快速发展与进步的新时代,新一轮科学技术的发展态势更加迅猛,并孕育这新一轮的重大突破———第三次科学革命,即第六次科技革命.这将必会为中国的科学和技术发展带来新的跨越式的发展和历史机遇,当然也必然面临着更加严峻的竞争和挑战.为此在这世界科技大潮中,国人必须披荆斩棘,刻苦奋进,勇于攀登已达抢占当今世界科学与技术的制高点.因为科学与技术的发展和创新旨在为宇宙提供真正的写真,并造福于人类.     

中国地震科学实验场:历史与未来

如同一百个人的心目中有一百个哈姆雷特,一百个地震科学家心中也许会有一百二十个中国地震科学实验场.本文简要介绍一下经过两年时间,通过很多专家的沟通、讨论、争论、碰撞所形成的关于中国地震科学实验场的一些“共识性”基本概念,在一定意义上,也算是中国地震科学实验场本身的“公共模型”(community model).