月震与月球内部结构

阿波罗(Apollo)登月计划在月球表面上布设的月震仪为探索月球内部结构提供了极佳资料来源,本文综述了近年来对月震资料的分析及利用月震资料研究月球内部结构的相关研究结果。月震仪记录到的振动信号主要分为天体撞击、月震和局域震动三类。天体撞击又分为流星体撞击和人造天体撞击,其震源位于月球表面。月震按震源深度分布分为浅源月震与深源月震,前者的震源深度大约为50～220km,释放的能量较大但发生次数较少,记录信号以高频成分为主;后者的震源深度大约为700～1150km,并具丛集性,与潮汐应力有关。局域震动在月球日出与日落时出现,被认为是由近月表的热破裂和变形过程所产生。月球内部结构的多数研究集中于月震仪下方月壳厚度计算及上月幔一维速度模型的建立。结果表明月壳平均厚度大约为40km,而不是早期研究得到的60km左右;通过现有的月震资料还不能得到月球下月幔、月核、月球深部间断面的相关信息。文章最后对月球内部的进一步研究做了总结和展望。

基于神经网络方法获得最优化月球内部结构模型

由于观测手段有限,目前对月球内部结构的认识还存在很大的不确定性,至今仍没有一个被广泛认可的内部结构模型,且现有对月球内部结构模型的研究几乎很少关注观测值对观测精度的影响.本研究采用混合密度神经网络方法得到了月球内部结构模型的后验概率密度分布,获得了平均月球内部结构模型(Mean模型)、最大后验概率对应的月球内部结构模型(MAP模型)以及满足1-σ准则的月球内部结构模型(1-σ模型),其中MAP模型即为本文给出的最优化月球内部结构模型.此外,研究结果表明月球低速区S波波速低于月幔S波波速,因此本文结果支持月幔底部存在一个低速区的观点.不同观测值观测精度对模型影响的研究结果表明,勒夫数k_(2)存在一个约为0.0220的下边界,且其观测精度对月球内部结构模型的影响显著大于平均密度和平均转动惯量.

基于太阳风暴的月球内部结构探测方法研究

月球探测是我国太空探测的重要任务,月球内部结构探测是其中一个重要的研究方向.以瞬变电磁法(transient electromagnetic methods,TEM)为基础,提出了一种基于太阳风暴的月球内部结构探测方法.该方法利用太阳风暴产生的磁场跃变作为使月球内部产生极化的探测源,在太阳风暴作用下,月球内部介质极化产生感应磁场,通过对该磁场信号的探测和处理获得月球内部结构信息.对磁场跃变在月球内部的感应磁场信号进行正演模拟计算,并通过仿真实验验证了该探测方法的有效性和正演算法的正确性,为后续研究打下基础.

基于category5月球内部结构模型的月球重力固体潮理论值计算

在地球、太阳和其他行星的引潮力的作用下,月球表面上任一点重力值将产生周期性的变化称为月球重力固体潮理论值.研究月球重力固体潮有助于我们更好地了解月球的内部结构、地壳运动以及月球的演化过程,这也为登月任务和月球探测提供了重要的科学依据,帮助我们更好地探索和理解月球的特性和性质.本文阐明了月球重力固体潮形成原因,根据category5月球内部结构模型计算出月球重力潮汐因子,依据Newcomb理论,采用ELP2000-85解析星历和Eckhardt月球天平动模型,提出一个计算月球重力固体潮理论值的方法,选取Apollo11作为测站,以波形图的形式输出该测站一天、一个月、一年的月球重力固体潮理论值,并探索讨论月球重力固体潮与月震的关系.结果表明:该测站一天、一个月、一年的月球重力固体潮理论值,最大值分别为:-1309μGal、-1290μGal、-1277μGal;最小值分别为:-1343μGal、-2349μGal、-2349μGal;与地球重力固体潮(这里选择与Apollo11经度纬度相同的坐标作为测站相比),月球重力固体潮变化相对简单,但波动幅度较大;推测月球的重力固体潮与深源月震之间可能存在某种关联.

月球形状及其重力场

本文首先从测绘科学与技术在月球探测中的应用角度,对月球形状及重力场的研究进展、获取方法及代表性成果进行了综述;进而针对现有的月球DEM及重力场模型中存在的主要问题进行分析,并提出了解决方案;最后结合各国的探月计划和我国正在实施的“嫦娥”四期工程,对月球形状和重力场研究面临的机遇和挑战进行了展望。

热力学计算模拟对初始月幔结构的约束

月球岩浆洋结晶形成的初始月球内部结构是其后续演化过程的开端,其结晶过程受月球岩浆洋的初始深度和物质组成这两个参数的制约。由于缺少直接来自月球深部的岩石样品,目前关于月球岩浆洋演化过程的探讨主要依赖实验和计算模拟手段。岩浆洋模型中形成的月壳厚度是否与探测结果一致是月球岩浆洋演化模型合理性的重要约束。最新的GRAIL(Gravity Recovery and Interior Laboratory)探测数据推算月壳厚度为34~43km,低于阿波罗时期认为的约70km,这对已有的月球岩浆洋演化模型提出了挑战。本文采用并修正FXMOTR程序包,针对月球岩浆洋在不同的初始深度和物质组成情况下的结晶过程,进行了一系列热力学计算模拟。通过量化月球岩浆洋的初始深度和物质组成对月壳厚度的影响,结合关于月球内部微量元素分配的研究结果,对比了月球岩浆洋结晶后期的残余熔体与原始克里普组分(urKREEP)的成分。本文的模拟结果显示,一个全月幔熔融且初始成分为月球初始上月幔组成(LPUM)的岩浆洋将在其深部结晶2.5%石榴子石,形成的月壳厚度符合GRAIL的约束,并且结晶出了合适的urKREEP成分。在此模型的基础上获取了月球初始的内部成分和密度结构,并对后期月幔翻转(Overturn)的程度进行了探讨。

月球内部圈层结构探测及关键技术挑战

地外天体的内部结构是了解其自身演化奥秘的钥匙,能够为人们深入认识地球自身的演化规律提供重要参考。地外天体内部结构探测是光学、遥感、采样返回等深空探测任务的重要补充和拓展。阿波罗时代的月震仪为揭示月球内部的奥秘做出了卓越贡献,然而,受到当时硬件水平的限制,有关月球内部圈层结构的探测结果至今仍然存在很大争议,严重制约了月球科学的发展。我国嫦娥七号任务拟对月球南极进行探测,随后逐步建立月球科研站,期间将布设我国第一台月震仪,以探测月球内部圈层结构及状态。本文阐述了月球内部结构探测的重要意义,列举了月震仪研制和布设可能面临的困难,分析了潜在问题的应对措施,提出了后续科学研究需要关注的问题,并给出了系列建议。本文旨在激发更多学者关注和从事月球及行星内部结构探测事业,以促进我国在相关研究领域的稳步前进,争列国际学术前沿。