月球空间天气探测与研究进展

稳定的天体地质构造、与地球合适的距离、无稠密大气和全球磁场,使得月球成为日地月空间天气监测和研究的天然优良实验室。回顾了国内外月球空间天气探测和研究进展,梳理了月球空间天气关键科学问题及预报应用问题,提出了建立月球空间天气监测站的构想,明确了监测站具体科学目标,并介绍了监测站三大系统构成及相互关系,包括监测系统、科学研究系统以及建模与预报系统。建立月球空间天气监测站对研究太阳爆发活动、日地月耦合关系以及月球局地环境的变化具有重要的科学意义,也有利于促进月球空间天气建模和预报技术的发展,提升未来月球科研探索任务空间环境保障能力。

嫦娥五号着陆区月壤的太空风化改造特征

月壤是月球科学与工程探测的主要目标物和承载物,也是人类认识月球的主要信息来源。太空风化作用是决定月壤形成,特别是演化过程的关键因素。本文系统总结了近两年来围绕嫦娥五号着陆区月壤的太空风化改造特征所取得的阶段性研究进展,特别是单质金属铁的多种成因机制、硫化物的风化改造特征和太阳风成因水等。上述研究成果的取得,为准确认识月壤特性,反演月壤形成与时空演化历史以及评估月壤资源特性奠定了良好的基础。最后结合我国后续月球探测工程规划,提出了新的研究方向与目标。

月球表面太空风化作用及其效应

太空风化作用普遍发生在月球、小行星等一些无大气层的天体表面,主要包括太阳风离子辐射和微陨石撞击等作用.通过对真实月球样品太空风化作用的研究成果以及低能离子和激光照射等地面模拟实验结果的系统综述和分析,重点分析了月壤颗粒中非晶质层和纳米铁的成因,指出太空风化研究中存在的太阳风离子辐射和微陨石撞击贡献难以区分及模拟实验模拟效果尚不充分的问题.进而提出月球太空风化研究不能简单套用其他天体的模型,并建议未来开展更多月球和陨石样品的精细化学分析.

基于非线性混合模型研究太空风化对月壤光谱的影响

月表太空风化会改变月壤光谱特征,影响月壤元素遥感反演精度.研究太空风化对月壤光谱的影响有助于开发月壤成熟度光谱解耦算法,提高月壤成分遥感反演精度.直接对比月壤风化前后光谱的变化能最真实反映太空风化对光谱的影响,但无法获取未风化的月壤样品,利用实验室模拟方法开展研究也存在缺陷.本文提出了一种简便的方法来研究太空风化对月壤光谱的影响,并以月海样品为例进行探讨.利用Hapke模型对月海样品组成矿物光谱按照实测含量进行非线性混合,并通过对比混合后的光谱与实测的月壤光谱,研究太空风化过程对月壤光谱的影响.研究结果表明,月壤在遭受太空风化后反射率降低,波长越短降低越显著;月壤背景吸收斜率增大,月壤变得更红,月壤矿物特征吸收峰深度降低,光谱对比度变弱,长波吸收峰(2.0μm附近)深度降低程度超过短波吸收峰(1.0μm附近)深度.未来在利用遥感技术反演月壤元素含量时,必须考虑这些因素.

月面环境过程研究评述

月球在停止强烈地质活动后,持续了30多亿年的月面环境过程,虽破坏了月球早期岩浆洋演化和撞击事件的原始信息,但也很好地将这一过程信息刻录到了月表物质和月面环境现象中。一方面,长期的太空风化过程形成了月壤颗粒特有的表层微观结构、np Fe0、Fe-Si化合物及矿物水等;另一方面,这些特性又是影响月球表面热环境及尘埃环境的重要因素。在当前月球探测快速推进的形势下,工程实施迫切需要更系统地认识月面环境过程,而我国嫦娥五号任务将实现月球采样返回,也将是开展月面环境过程研究的重要契机。为此,本文总结了月面环境过程研究的现状,分析了存在的主要问题和未来研究的方向。

中国月球及深空空间环境探测

深空探测承载着人类航天技术发展、探索宇宙奥秘和寻找地外生命及人类宜居地的重任,成为各航天大国关注的热点。我国月球与深空探测虽然起步晚,但起点高,正在追赶并将实现领先。简要回顾了我国月球及深空空间环境探测的载荷情况、数据结果、理论和应用研究成果,简述了当前在研的自主火星空间环境探测目标以及规划中的未来深空探测任务,并根据当前国际发展态势,及我国在研、规划中的月球及深空探测任务情况,分析了我国月球及深空空间环境探测的关键科学问题、载荷技术发展趋势、理论与模拟的研究需求,最后对深空环境探测进行了展望。

基于Apollo15月壤和普通球粒与碳质球粒陨石模拟实验的太空风化特征产物成因分析

月球、小行星等无大气行星体具有独特的反射光谱太空风化改造特征,其成因主要被归结于纳米级—亚微米级不透明颗粒等太空风化特征产物。本研究结合Apollo返回月壤样品、普通球粒和碳质球粒陨石样品的模拟实验结果,综合分析了太空风化特征产物的来源和成因,并讨论了其可能的光谱效应。研究结果表明,np-Fe0(纳米级单质金属铁)是铁镁硅酸盐等矿物经过微陨石轰击引起的气化沉积作用和原位还原作用形成。np-FeNi(纳米级铁镍金属)的成因主要包括FeNi金属和陨硫铁的气化沉积与冲击分散成因。np-FeNiS(纳米级铁镍金属的硫化物)和sm-FeNiS(亚微米级铁镍金属的硫化物)主要形成于陨硫铁的冲击分散过程。上述不透明颗粒是形成月球与S型小行星紫外—近红外波段光谱反射率降低、特征吸收峰减弱和连续统红移等特征的主要原因。气泡结构主要形成于层状硅酸盐等矿物在微陨石轰击过程中的挥发分逃逸,推测是含水量较高的小行星(如Bennu)紫外-近红外波段光谱反射率增加和连续统蓝移等特征的主要成因。实验结果预期对月球与小行星返回样品分析以及反射光谱的太空风化改造特征的解释提供一定的参考。

月球磁异常区的光学特性探讨

月球无全球性磁场,在某些大型撞击坑的对峙区域存在较强的磁场强度。这些磁场异常区域往往与光学异常区域呈地理相关,推断与磁异常诱发的微磁层弱化空间风化效应有关。嫦娥一号卫星携带的干涉成像光谱仪获取了月球表面可见光-近红外波长范围内32个波段的光谱,为研究月球空间风化效应提供了一个可能物理量——月表反射率。通过对几个常见磁异常结构磁场内外区域的平均光谱对比发现,磁场内区域反射率一般高于磁场外区域。这一结果对月球表面空间风化效应的研究产生了新的推动。

Statistical study of the properties of the magnetic field and plasma in the earth's magnetotail near lunar orbit

基于数据获得了由的磁场和血浆在月亮的轨道附近的 magnetotail 的在 19921995 的 GEOTAIL 和风 in19942009，磁场和血浆性质用迭加的时代分析统计上被学习。结果近显示出那 0 ?? 邬吗？？

嫦娥五号月壤的表面特征研究

嫦娥五号月壤是迄今为止人类采集返回最年轻的月球样品,记录了采样区的太空风化改造历史.研究发现,嫦娥五号月壤颗粒的表面广泛分布有微撞击坑、矿物解理面、气化沉积物、覆盖的玻璃质等典型的形貌特征,反映了在以陨石、微陨石轰击为主的太空风化改造过程中,冲击破碎、熔融溅射、气化沉积等作用对月壤颗粒形貌特征的改造.该结果梳理了月壤颗粒中太空风化作用的典型形貌改造特征,从而帮助我们更好地理解月壤的形成与演化过程.

月壤中纳米金属铁的太空风化成因及模拟方法分析

月壤中普遍存在着大量由太空风化作用产生的纳米金属铁,这些纳米金属铁在一定程度上改变了月球表面的物理、化学和光学特征。纳米金属铁在月壤中主要赋存于胶结质玻璃相中和月壤颗粒的表面,胶结质玻璃相的纳米金属铁起源于微陨石轰击富含太阳风氢粒子的月壤产生的高温熔融还原作用,颗粒表面的纳米金属铁来自微陨石轰击引起的蒸发沉积作用和太阳风、宇宙射线粒子的溅射沉积作用的共同作用。根据月壤中纳米金属铁的成因和特征,分析了采用微波加热技术和磁控溅射技术分别模拟胶结质玻璃相中和颗粒表面纳米金属铁的可行性研究,初步的模拟实验表明这两种方法模拟生产的样品中纳米金属铁的特征和真实月壤的相近,模拟样品对于月球遥感光谱解译、月球科学研究和月球探测工程都具有重要的意义。

月壤颗粒微观环带的太空风化成因

太空风化是迄今31亿年以来影响月球表面物质演化过程的主要因素,主要包括陨石、微陨石的轰击,太阳风粒子的注入,太阳/银河宇宙射线的辐射以及周期性的加热作用等。通过深入剖析太阳风粒子的注入与溅射、微陨石轰击的蒸发与沉积、宇宙射线辐射的辐射损伤等过程的作用机理,探讨了不同太空风化过程对矿物颗粒环带厚度、化学组成、晶体结构等特征的影响,认为微陨石轰击与太阳风注入是形成月壤颗粒微观环带的主导因素,宇宙射线辐射与周期性加热的影响可忽略不计。进一步结合非晶质环带、富内含物环带、多环环带以及小泡环带等月壤颗粒主要环带的基本特征,在总结和对比分析各类型环带的厚度、结构以及化学组成特征基础上,对不同类型环带的成因进行初步推断,认为非晶质环带、小泡环带以及多环环带的内层环带具有太阳风作用特征,而富内含物环带、多环环带的外层环带则具有微陨石轰击的成因特征。根据目前单纯依靠环带的化学组成分析解释环带成因存在的不足,指出了通过补充分析矿物晶体结构在模拟太空风化实验过程中的变化特征来研究环带成因的新思路。

月球表面及空间环境对太阳风与地球风的响应

月球空间作为日-地-月空间的重要组成部分,是研究基础空间物理以及等离子体与类月天体(无大气且无全球磁场)相互作用的天然实验室,也是影响月球探测任务实施的重要环境因素。面向月球科研站等月球探测任务的国家重大战略需求,亟需聚焦月球空间环境对太阳风与地球风的响应,其中不仅包括常规监测月球空间天气(包括监测太阳风、地球风、能量带电粒子和中子辐射及波动环境、月尘和外逸层等)以保障人类探月登月的空间环境安全,也包括研究各种空间粒子与月表物质和电磁场的相互作用。可利用多卫星观测、遥感监测、月表就地探测、数据分析、数值模拟等手段发现新的物理现象或揭示新的物理机制,探寻太阳系中不同天体空间物质循环过程与辐射环境的差异及其产生原因,从而拓展我们对地球和行星宜居性的认识,并为月球科研站等月球后续任务的实施提供参考。

月壤样品研究进展

月壤是研究无大气天体表面过程和月球演化的重要样品.自Apollo时代以来,月壤的相关研究如成因、组分及性质等均已取得了重要进展,并已对早期研究成果进行了详细总结和论述.随着嫦娥5号月壤样品的返回,关于月球样品的研究在我国获得前所未有的关注,亟需总结近年来月壤研究的重点领域及相关成果.本文基于月壤形成的过程,即继承的内部物质和遭受的外部改造,从月壤记录的太空风化作用和月球地质演化两方面综述了月壤研究的前沿成果.依据外部作用(太阳风、宇宙射线、陨石等)对月壤的改造,从以下四部分内容论述了太空风化作用对月壤组成的影响,即月壤中的水、挥发分、纳米相矿物、微陨石和陨石碎片.另一方面,月壤继承的月球内部物质均可用于月球演化研究,基于此总结讨论了全月壤、火山玻璃及岩屑的研究进展.最后,根据未来建设月球科研站的需要,从矿产资源、水和能源及月壤成型等方面概述了月壤资源利用的相关研究.通过总结月壤研究的主要成果,有助于发掘月球科学的前沿领域,为我国月壤样品的研究提供科学依据.