月球南极沙克尔顿撞击坑周围电势和尘埃静电输运的理论分析

近年来,月球南极地区因其特殊的光照条件以及撞击坑永久阴影区中可能存在的水冰而成为未来探测的焦点.沙克尔顿(Shackleton)撞击坑几乎位于月球南极点,已成为包括嫦娥七号任务在内的未来着陆任务最热门的目的地.然而,人们对该撞击坑周围的电势和尘埃环境仍然知之甚少.本文建立了一个理论模型来研究撞击坑周围的月表电势和尘埃的静电输运.研究发现,由于地形遮挡,该撞击坑的底部会充负电,背风侧坑壁表面电位最低可至-175V.相应地,有大量带电尘埃颗粒会从背风侧坑壁发射出来,迁移高度可达10km,水平迁移距离约为40km,这使得撞击坑附近可形成局部尘埃云.通过数值模拟对地形遮挡和局部尘埃云进行了验证,发现撞击坑附近确实产生了局部尘埃云,典型尘埃密度为10⁴～10⁵m^-3.研究结果对未来撞击坑附近月面探测的环境评估具有重要意义.此外,研究结果还有助于理解其他无大气天体的表面充电和尘埃静电输运过程.     

拉蒙特(Lamont)——月面上最诡异的地貌

位处月球东北角的静海(Mare Tranquillitatis),读者们也许认为它应该恰如其名一样,平静如镜,没有什么吸引人的地貌可看。不过在1969年7月20日,当人类第一次踏足其表面时,世界上所有人的目光都集中在它的身上。人们都争相拿出各式各样的望远镜,来观看登陆的地点,以及用三位美国宇航员的名字命名的三座直径只有3~5千米的细小撞击坑。顿时,静海变得波涛汹涌,失去了昔日的宁静。     

米利奇乌斯(Milichus)——仙人指路会穹丘

相信很多读者没有听说过米利奇乌斯这个名字,可能都会问这是什么啊?简单来说,它是位于月面中西部岛海(Mare Insularum)里一座直径只有12千米的小型撞击坑,毫不起眼,没有什么特色可引起大家的兴趣,所以很多天文朋友不认识它一点也不奇怪。或者有些读者可能也感觉岛海同样是非常陌生,因为它只是月面上一座小小的"海洋"。     

月球撞击坑的动力学研究

月球探测和月球资源的合理利用引起了广泛关注,月球撞击坑的研究可以提供月球的重要信息.统计研究表明,撞击坑的直径和大于该直径的撞击坑数目之间满足分形分布N(≥D)∝r-FD,撞击坑的深度和撞击坑的直径满足多项式关系d=kdDn.简化月球表面撞击过程为一个简单的完全非弹性碰撞,可以得到撞击的动力学微分方程;对撞击过程的阻力项做非线性近似并忽略非齐次项,可以得到撞击方程的解析解:y=dtanh(kdt).由此得到撞击物的撞击速率随撞击深度二次方减小:v=kd2-ky2,撞击坑形貌方程满足方程:lnr=1/nln(kd2)/(vt)-β/nr.理论推导撞击坑的深度和撞击坑的直径满足多项式关系,这和实际撞击坑的统计结果相符合.在无标度区域,撞击物的速率和大于该撞击速率的撞击物数目之间满足分形关系:N(≥v)∝v-FD,速率分布为:f(v)∝v-(FD+1).     

基于撞击坑自动识别的月球雨海北部地区(LQ-4)月海玄武岩定年研究

月球表面定年研究对于理解和重建月球地质演化历史具有关键作用,撞击坑尺寸频率分布法(CSFD)是通过统计区域内不同尺寸撞击坑密度得到特定地质单元的绝对地质年龄。雨海北部地区(LQ 4)包括雨海北部、冷海西部地区以及风暴洋东北部等月海,位于雨海西北边缘的虹湾是中国嫦娥三号卫星预选软着落区,文中综合使用3种方法从影像和地形数据中自动提取了该区内的撞击坑。利用Clementine光谱数据对雨海北部和风暴洋东北部内玄武岩进行了分区,利用撞击坑尺寸频度法(CSFD)法得到每个玄武岩分区内的定年结果。对比该地区之前的定年数据后发现,使用自动识别结果得到的各分区定年结果新老整体趋势上与之前研究结果基本一致,但存在一定偏差。根据自动识别定年结果,认为该地区玄武岩新老顺序大致为：雨海东部(3.56 Ga)-虹湾(3.38 Ga)-风暴洋东北部(2.74 Ga)-雨海西部(2.63 Ga)-柏拉图坑(2.37 Ga)。结合撞击坑自动识别技术和CSFD法,形成了一条利用影像和地形遥感数据快速得到月球表面地质年龄的方法,为月球年代学研究提供一种新途径。     

基于多源数据的月球大地构造纲要图编制: 以LQ-4地区为例

月球表面的地质构造要素主要包括环形构造、线性构造、地体构造及大型盆地构造等。月球大地构造纲要图从物质组成、构造要素、构造单元上对月表的构造状态进行全面的梳理、统计和分析。利用CE 1 CCD 2C像数据、LROC宽视角影像数据、CE 1 IIM 2C干涉成像光谱仪数据、Clementine紫外可见光影像数据、LOLA激光高度计数据识别月球表面各类矿物组分、线形构造、环形构造、火山构造和穹窿构造以及确定构造要素和构造单元的时代、古老撞击坑和大型盆地边界以及对月球表面撞击坑形态、大小、分布、密度及月球断裂和环形影像解译,充分认识月表基本情况,精细划分月表构造地貌单元,综合利用上述分析结果与国际上研究的进展,确定大地构造区划的基本原则,厘定月表重大构造事件与演化序列。依据岩石、月壤、构造地貌与构造形迹的综合分类,拟定大地构造区划的图例、图识规范,确定不同类型环形构造影像、线性构造影像、高地、盆地和月海等大地构造单元,进而编制大地构造区划图,并对重点区域构造形迹进行研究。虹湾区域(LQ 4)月球数字构造编图研究,充分借鉴国际行星地质编图的已有技术标准和规范,结合国内数字地质编图的技术标准和规范,建立了中国自己的月球与行星地质编图标准、规范和制图流程,也为最终完成月球大地构造区划提供地貌和构造方面的基础信息。