应用模拟退火算法估算月核大小及其密度组成

提出结合高阶月球重力场模型GL990D的2阶位系数和月球天平动参数,以及月球的平均密度和平均惯性矩因子,来解决月核大小及其密度组成的问题.基于不同分层结构模型,推导了不同分层结构情况下的平均密度和平均惯性矩因子,并以它们理论值和观测值的残差平方和作为目标函数,应用模拟退火算法对多参数进行估算.考虑三层模型的月球内部结构模型,估算的月核大小约为470 km,月核密度约为5486 kg/m^(3),反演的月核大小及其密度组成与其他研究相近,验证了本文算法的可靠性.考虑月核分成外核和内核的情况,反演的外核大小约为385 km,内核大小约为350 km,对应的外核密度约为4618 kg/m^(3),内核密度约为7879 kg/m^(3).表明月球至35.6亿年前发电机效应约束时,形成了以硫化亚铁为主的外核,月核内部则形成了纯铁为主包含部分镍铁合金的内核.

应用重力场模型GL1500E和LLR天平动参数估算月核大小及其组成

针对月核大小及密度估计问题,利用高分辨率重力场模型GL1500E的二阶位系数和LLR(lunar laser ranging)天平动参数,考虑月核分层为外核和内核的情况,结合非线性粒子群优化算法,对月核大小和组成进行了估计。大批量的统计结果表明,大概率分布的外核半径rc1约为469 km,内核半径rc2约为303 km,外核密度ρc1约为4613 kg/m3,内核密度ρc2约为7004 kg/m3,月幔密度ρm约为3340 kg/m3。月幔密度非常接近地质研究结果3360 kg/m3,内外核半径与近期其他研究结果相近,估算的月核大小与密度组成具有一定的参考价值。若月核由纯铁和硫化亚铁组成,则研究表明,内核大部分由纯铁组成,外核大部分由硫化亚铁组成。