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...     

小行星引力场综述

近年来小行星探测已成为各航天大国的热点,小行星引力场对研究其内部结构、组成成分、早期演化和探测器轨道设计、着陆等方面有着极其重要的作用.随着小行星探测数据的不断更新、探测任务的增多和观测技术改进,针对小行星引力场的研究也在不断增多并产生新的进展.目前获取小行星引力场的方法主要为利用探测器飞掠过程中得到的轨道跟踪数据反演...     

行星际尘埃的探测与研究进展

行星际尘埃遍布太阳系中,是太阳系物质的主要组成部分之一,主要来自太阳系小天体(如彗星和小行星)的物质剥离损失,因此对其探测有助于了解太阳系小天体的起源与演化.?它们在行星际空间因太阳风等离子体的碰撞以及太阳辐射电离而带电,因而会影响周围的等离子体.?行星际尘埃诞生后在万有引力、光压、玻印廷—罗伯逊作用以及洛伦兹力的作用...     

冷湖行星光学遥感发展与展望

行星科学是当今科学前沿领域,是我国科技战略的重要组成部分,是国家自然科学发展水平和综合国力的集中体现.行星科学是研究太阳系内与系外行星、卫星、彗星等天体和行星系的基本特征,以及它们形成和演化过程的科学,以深空探测为主要研究手段,由地球科学、空间科学、天文学等学科交叉产生.行星空间环境是行星多圈层耦合系统的重要部分,是行...     

木卫二尾迹的数值模拟

木卫二在木星磁层中运动,与快速共转的木星磁场相互作用形成木星极光中木卫二的尾迹,此尾迹反映了连续扰动的磁通量管对木星电离层电流注入的过程.本文应用细丝理论对此过程进行数值模拟,未扰动的上游磁通量管经过大约720 s的时间与木卫二作用形成角度约为4°且相对于木卫二静止的拉伸磁通量管,随后在磁张力的作用下加速运动.在随后大约2160 s的加速时间内,磁通量管的速度逐渐与背景磁力线接近,向木星电离层注入的电流也由9×105A逐渐衰减至0.以1/e初始电流处认为是可观测的木卫二尾迹限度,则木卫二的尾迹仅大约有一至两个经度,这与哈勃望远镜观测到的木卫二尾迹大小大致相同.木卫二尾迹与木卫一尾迹相比,输送的能量约为2.3×1013J,仅有木卫一的1/10,导致尾迹长度远小于木卫一的尾迹长度.此外,模拟过程中发现木卫二下游的压力槽对磁通量管运动的影响很小,可以忽略.     

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.

     

2001年3月19日至22日期间电离层暴分析

本文利用2001年3月19日至22日期间ACE卫星观测的行星际资料、电离层垂测仪资料以及中国地区TEC资料,分析了发生在这期间的电离层暴过程.结果表明：（1）日冕物质抛射造成的行星际环境为电离层暴的发生提供了大尺度环境背景;（2）强烈的电离层负暴发生在磁暴恢复相阶段;（3）强烈电离层负暴能够用暴环流理论解释.     

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.     

小行星433-Eros土壤厚度分布和表面强度估计

根据Near探测器飞跃433-Eros小行星时观测得到的重力数据分析,在433-Eros小行星外侧边缘处存在轻微的负布格异常现象(Garmier et al.,2002).本文借鉴Geissler在Ida小行星上的结论,认为该异常是由其表面撞击过程中高速溅射物聚集效应产生的.文中计算表明:在合理范围内调整模型Z参数和强度P参数,Eros上高速溅射物将聚集在其表面边缘外侧,这与Geissler实验结论是一致的.计算结果同时表明433-Eros行星表面的土壤层厚度以及布格异常数值与433-Eros表面物质的强度相关,通过这一相关性,可以约束433-Eros表面的强度参数P及其土壤层分布.取Z模型中Z参数为2.5时,我们估计出Eros表面物质的强度值大约为106Pa,土壤层的堆积情况是全球平均堆积厚度约为30 m,Eros边缘末端处厚度为50 m.     

用中微子望远镜揭示地球

用中微子望远镜揭示地球许智莫纳斯特斯基地球物理学家为探查难以接近的地球内部而求助于天空。一个研究小组利用能够探测宇宙中微子的新天文仪器，希望把这些来自空间的虚无缥缈的粒子用作行星级ＣＡＴ扫描器以揭示地球内部结构。上周（１９９３年１２月上旬──译注）在...     

平流层爆发性增温期间中高层大气行星波研究进展

极区平流层爆发性增温（SSW）是冬季半球最剧烈的大气扰动现象之一. SSW期间温度和风场的剧烈变化被认为是冬季半球中高层大气波动能量异常增强的主要原因.流星雷达是能够稳定连续探测中间层和低热层风场的重要地基探测设备.主要依托国家重大科技基础设施建设项目：“子午工程”,我国已建设了多个流星雷达观测台站,对中间层和低热层风场进行了长期稳定连续的监测,为揭示SSW期间中间层和低热层波动异常变化的物理机制提供了重要的观测资料.本文简述了近年来以我国“子午工程”流星雷达监测数据为核心,SSW期间中高层大气行星波的研究进展和成果;深入讨论了冬季半球中高层大气行星波发生异常变化的主要激发机制.随着“子午工程”二期十个流星雷达台站即将建成,本文对利用“子午工程”流星雷达监测台网进一步研究SSW期间中高层大气波动的变化特性进行了展望.     

跨光谱的地表参数对微波近地面通道正演模拟的影响分析

获取与卫星观测同步的地表温度是全地形卫星近地面微波探测数据同化成功的关键所在.为了进一步提高在复杂下垫面上先进技术微波探测仪（Advanced Technology Microwave Sounder,ATMS）近地面通道正演模拟精度,针对ATMS原始数据（Sensor Data Record,SDR）与可见光/红外辐射计（Visible and Infra-Red Radiometer,VIRR）反演产品数据不能同步获取的问题,本文基于像元匹配技术实现了卫星序列间观测数据的交叉配对,利用跨光谱的反演地表温度作为正演ATMS陆面近地面通道的观测辐射的下边界参数,进而对正演辐射、基于ECMWF全球气候第五代大气再分析产品（the Fifth Generation ECMWF Reanalysis for the Global Climate and Weather,ERA5）地表温度的模拟值与典型下垫面探测数据开展了误差分析与验证,为下一步的ATMS陆面近地面通道的同化提供技术支撑.在FY-3D的红外高光谱大气垂直探测仪（Hyperspectral Infrared Atmospheric Sounder,HIRAS）像元与中分辨率光谱成像仪Ⅱ型（Medium Resolution Spectral Imager-Ⅱ,MERSI-Ⅱ）像元的匹配中,卷积可以使HIRAS通道加权平均的观测辐射与MERSI-Ⅱ辐射的偏差减小,平均误差约为0.28 K左右.昼间与夜间HIRAS卷积亮温与MERSI-Ⅱ通道亮温平均偏差和STD的时间演变趋势相当.FY-3D MERSI-Ⅱ像元与NOAA-20交叉轨道红外测深仪（Cross-track Infrared Sounder,CrIS）像元匹配时,中纬度极轨卫星序列间的像元匹配精度与全球天基相互校准系统（Global Space-based Inter-Calibration Sytem,GSICS）中极轨卫星与静止卫星在中低纬的匹配精度相当,匹配后窗区亮温的偏差都在0.1 K左右.表明GSICS中卫星间的像元匹配方法可以在更广泛的条件下使用.相对于ERA5地表温度,在沙漠区域MERSI-Ⅱ反演的地表温度与测站地表温度的偏差更小.MERSI-Ⅱ反演的地表温度模拟的亮温更能展示ATMS通道5亮温的真实情况.尽管基于红外观测反演的地表温度与基于微波观测反演的地表温度代表了不同深度的土壤温度,当二者误差小于一定阈值时认为两种地表温度可以相互替代,并对卫星微波近地面探测通道的正演模拟不会带来大的影响.此时可以认为基于红外观测反演的地表温度是微波光谱的地表温度在一定误差水平下的体现.

     

基于JUNO卫星WAVES仪器波动数据的木星磁层哨声波分析研究

等离子体波的空间分布在木星磁层高能电子动力学过程中起着重要的作用.现有大多数对木星磁层哨声波的观测仅限于|λ|≤ 15°的磁纬范围内,但是最新的JUNO卫星WAVES仪器提供的波动数据使得更高纬度、更广区域范围内的等离子体波动分布研究成为可能.本文通过对JUNO卫星WAVES仪器数据进行分析处理,详细研究了木星磁层哨声波的空间分布特性.观测表明,存在位于高L_J、高磁纬的木星磁层哨声波,它们广泛分布于距木星中心距离35~75个木星半径、磁纬为|λ|≤ 30°的空间区域.分析研究发现,WAVES仪器观测的木星磁层哨声波幅度一般为几个pT,远小于地球磁层哨声波的强度.木星磁层哨声波幅会随着L_J的增大缓慢增加,也会随着磁纬的减小趋向平缓变化.基于以上观测事实,本文利用指数幂函数分别拟合得到木星磁层哨声波幅随L_J和磁纬变化的经验模型.该模型将有助于精确理解哨声波对木星磁层高能电子动力学过程的重要影响.

     

月震研究进展与展望

月球内部的圈层结构对于理解月球的形成和演化至关重要,因为它与岩浆洋冷凝、密度分异和物质对流等过程密切关联.阿波罗任务在月球正面中低纬度建立了第一个月震观测台网,为我们提供了研究月球内部结构以及月震的宝贵实测资料.然而,阿波罗时代的月震仪在灵敏度等方面存在较大限制,导致原始信噪比低,严重影响了月球内部圈层结构的探测能力,...     

基于行星会合指数对太阳轨道运动特征的分析

运用刘复刚和王建(2013a)创建的行星会合指数K指代太阳绕太阳系质心运动时,一般情况,行星系质心是和木星位于太阳一侧.当其它3颗大质量行星(或其它7颗行星)和木星分居在太阳两侧,并且这4颗大质量行星(或8颗行星)与太阳近似排成直列的状态时,行星系质心则处在木星相反一侧,这时造成了太阳绕太阳系质心顺时针旋转的假象.本文对这一认识进行了澄清,并通过图示的方法定性地解释了太阳在一个行星系统平均轨道会合周期内角速度的变化特征.相当太阳系质心(C)从太阳本体旋出直到C再次旋进太阳本体这一时段,太阳轨道运动是处在减速期;而当C旋进直到旋出太阳本体这一时段,太阳轨道运动处在加速期.并将其运动特征与太阳轨道角动量的变率进行了对比,这将为揭示太阳活动规律的动力学机制提供了一种可能途径和新的思想方法.     

月尘运动与生物毒性研究进展

月尘易于发生迁移运动,影响月表和近月空间环境及月面物质成分分布.?研究月尘是认识水星、小天体等地外无大气天体表面尘埃形成机制、尘埃发射机理及运动规律的基础.?在航天工程上,月尘是任何月面探测活动都无法避免和必须应对的重要环境问题,是未来载人登月及月球基地建设的重要挑战.?前期探月任务中观测到了大规模的月尘活动,并据此开...     

行星际超低噪声三维能量粒子谱仪设计

太阳系能量粒子的起源和加速一直是空间物理学的重要前沿课题之一.在行星际空间中观测到的太阳系能量粒子主要分为两类：一类是持续存在的“太阳风能量粒子”,另一类是间歇性的“太阳能量粒子事件”.受限于以往行星际粒子探测器的灵敏度还不足够高,人类迄今仍未洞悉这些能量粒子起源和加速的物理过程与本质.本文设计了技术指标均为国际领先水平的行星际超低噪声三维能量粒子谱仪,采用双端望远镜结构（一端利用薄膜阻挡质子技术实现高灵敏电子探测,另一端利用磁场偏转电子技术实现高灵敏质子探测）,结合多层、多像素半导体探测器阵列和覆盖近4π立体角的大视场设计,实现对行星际空间中20～1 000 keV电子和25～12 000 keV质子的三维分布进行高时间分辨率、高角度分辨率和高能量分辨率探测,用以揭示太阳系能量粒子起源和加速的机理,满足我国行星际探测和即将开展的深空探测的迫切需求.     

天体运行轨道的背景介质理论导引与自相似分形测度计算的分维微积分基础

通过讨论天体运行背景介质理论的连续轨道及离散轨道这二个研究方向的基础假设,介绍了天体运行轨道的具体方程形式及理论框架概要;进一步地通过讨论天体运行轨道Binet方程的一般形式及其行星近日点进动角的解,给出了连续轨道理论与Newton理论及Einstein广义相对论的联系与区别;通过讨论天体运行轨道的分维扩展方程,给出了包括太阳系行星、天王星卫星、地球卫星、绕月航天器等在内的离散轨道（稳定性轨道）方程及其预言数据.特别地,作为对天体在较为广泛区域作用曲线的初步探讨推论,指出仅由天体引力难以形成质量密度趋于无穷大的理想黑洞.通过讨论一般函数的分维导数的位置假设及幂函数的分维导数的形式假设,进一步明晰了幂函数的分维导数、分维微分及分维积分的具体方程形式,给出分维导数与分数阶导数的区别,随后讨论了基于一般分形测度的分维微积分形式定义导出的自相似分形的测度计算方程具体形式,给出了其与目前Hausdorff测度方法（覆盖方法）的区别,并对包括三分Cantor集合、Koch曲线、Sierpinski垫片及正交十字星形等自相似分形在内的测度进行了计算分析.     

青海及邻近地区地质构造演化初探

地质构造演化与岩石圈（尤其是地壳）的裂张和闭合息息相关，并且由活动与稳定的差异构造环境和相应的物质组分、以及海陆分布状况等反映；本文据此探讨青海（含相邻地区）地质构造演化的一般规律。     

行星内部地震波及其对卫星轨道的影响

本文指出地震学在天文和行星学科里的重要作用.我们主要介绍最近提出的“潮汐—地震波共振”(tidal-seismic resonance)效应,并且讨论它对卫星轨道演化的作用.当在同步轨道以下周期运动的卫星引起的引潮力的频率和行星内部自由震荡频率吻合时,就会发生潮汐—地震波共振.此时,行星内部的地震波将被激发并引起行星表面的显著位移.升高和下降的地面会对卫星产生一个力矩从而使得卫星轨道下降.因为潮汐共振引起的动态地面位移可以比单纯引潮力引起的位移大两个数量级,所以潮汐共振会显著加速卫星下降速率.我们用我们开发的三维地震波场模拟程序AstroSeis数值计算了潮汐—地震波共振对轨道的影响,进而推测这一共振效应可能对行星早期吸积速度有显著影响.另外,因为行星内部的Q值和S波的波速对潮汐共振影响很大,未来研究微重力环境下的小行星或陨石内部地震波的速度和Q值对研究行星演化和太阳系的形成至关重要.