月球若干地區(qū)微波輻射特征研究

月球若干地區(qū)微波輻射特征研究我國(guó)“嫦娥一號(hào)”探月衛(wèi)星搭載的微波探測(cè)儀（Chang’eLunarMicrowaveSounder-CELMS）為認(rèn)識(shí)月球提供了新的視角。利用CELMS的多波段微波遙感數(shù)據(jù)，研究了月球的微波輻射特征?；谖⒉ㄝ椛鋫鬏斃碚?，采用不同時(shí)段不同頻段微波亮溫?cái)?shù)據(jù)的定量對(duì)比、統(tǒng)計(jì)分析等方法，首先分析月球微波輻射宏觀分布規(guī)律及影響因素，在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究幾個(gè)區(qū)的微波輻射特征，通過(guò)從面到點(diǎn)的微波輻射特征研究，為認(rèn)識(shí)月球提供微波輻射特性方面的資料。研究結(jié)果顯示:月球的微波輻射具有顯著的時(shí)、空、頻差異性；太陽(yáng)輻射是月球表層及次表層微波輻射的重要影響因素；局部地區(qū)微波輻射差異很大，除太陽(yáng)輻射影響外，與物分、地形、結(jié)構(gòu)等其它因素的相關(guān)程度增強(qiáng)。這些微波特征顯著不同于光學(xué)特征，結(jié)合起來(lái)，有助于進(jìn)一步揭示月球的物化性質(zhì)。1、引言隨著科技的發(fā)展，人類從肉眼觀測(cè)到采用各種遙感手段進(jìn)行月球遙感探測(cè)，對(duì)月球的認(rèn)識(shí)逐漸深入。但截至今天，由于受技術(shù)、通訊等原因的制約，月球探測(cè)活動(dòng)還主要集中在月球的正面和表層，人類對(duì)月球的認(rèn)知還很初步。如對(duì)月球地形地貌、內(nèi)部構(gòu)造及其如何形成的認(rèn)識(shí)，至今仍不能找到充足的科學(xué)依據(jù)；對(duì)于月球礦物的研究，至今仍在不斷繼續(xù)且還未對(duì)月球元素豐度作出全面的測(cè)量；對(duì)月球上是否有水和哪里有水，至今還不能斷定。盡管Apollo等登月任務(wù)曾經(jīng)對(duì)月表進(jìn)行直接采樣，但由于采集到的樣品較少，不具備完全的代表性，給科學(xué)家研究月球帶來(lái)了很大的局限性。另外，截至嫦娥衛(wèi)星上天，國(guó)際上對(duì)于月球的遙感探測(cè)多為光學(xué)數(shù)據(jù)，使用微波探測(cè)月球還不多見(jiàn)。20世紀(jì)60年代，有人在地球上觀測(cè)月球波長(zhǎng)為0.4～70cm和69.8～406.5cm的輻射亮度溫度，但是受分辨率和地基觀測(cè)限制，只給出月球正面在地基觀測(cè)時(shí)的平均輻射亮度溫度，對(duì)于局部地區(qū)的分辨不夠，更無(wú)法給出月球背面的輻射亮度溫度分布。Bondarenko和Shkuratov曾試用地基雷達(dá)及光學(xué)數(shù)據(jù)反演月球正面大尺度范圍內(nèi)的月壤厚度，但是，對(duì)月球背面的研究沒(méi)有涉及。日本發(fā)布了Selene衛(wèi)星對(duì)月球背面的觀測(cè)情況，并揭示了一些新的重力異常區(qū)。這些異常區(qū)補(bǔ)充了原有研究發(fā)現(xiàn)的月球的質(zhì)量密集區(qū)域“mascon（massconcentrations）”。但總的來(lái)講，月球?qū)θ祟惗裕€有許多問(wèn)題亟待探索和研究?！版隙鹨惶?hào)”搭載的微波探測(cè)儀（CELMS）是世界上首次利用微波頻率在月球軌道上對(duì)月球進(jìn)行探測(cè)，獲取了全球多通道微波遙感數(shù)據(jù)，為研究正面和背面月球提供了新的視角和較為充足的數(shù)據(jù)。本文主要根據(jù)“嫦娥一號(hào)”的多波段微波遙感數(shù)據(jù)，對(duì)月球的微波輻射特點(diǎn)進(jìn)行多尺度分析，總結(jié)月球多尺度上的微波輻射特性，為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)月球提供科學(xué)依據(jù)。首先研究月球的微波輻射宏觀分布特征及其影響因素，在此基礎(chǔ)上，對(duì)一些局域在微波段的輻射特征進(jìn)行分析，并結(jié)合月球的有關(guān)資料、光學(xué)、高程數(shù)據(jù)等，通過(guò)多通道微波亮溫的對(duì)比，總結(jié)月球宏觀與局部的微波遙感輻射規(guī)律，從而為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)月球及月球的特殊區(qū)域提供微波輻射特性方面的資料，為下一步探測(cè)月球，以及進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和利用月球提供基礎(chǔ)和依據(jù)。2、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備與預(yù)處理本論文所采用的主要數(shù)據(jù)有，“嫦娥一號(hào)”微波探測(cè)儀（CELMS）4個(gè)頻率的亮溫?cái)?shù)據(jù)，包括3GHz、7.8GHz、19.35GHz、37GHz。時(shí)間段為2007年12月5日至2007年12月31日。該數(shù)據(jù)已經(jīng)經(jīng)過(guò)原始信號(hào)數(shù)據(jù)到天線溫度、地面亮溫?cái)?shù)據(jù)的處理，包括考慮并濾除冷空背景其它星體照射的影響，經(jīng)過(guò)非線性校正、交叉極化校正等過(guò)程。另外，本文還采用了美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（U.S.GeologicalSurvey，USGS）的Clementine750nm全球光學(xué)數(shù)據(jù)及其月球高程（DEM）數(shù)據(jù)。本文在數(shù)據(jù)分析的過(guò)程中，將所有數(shù)據(jù)進(jìn)行了空間配準(zhǔn)，并轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一的處理框架下，以利于不同數(shù)據(jù)的綜合分析。3、月球微波輻射宏觀分布3.1、月球微波輻射宏觀特征在文獻(xiàn)中已經(jīng)給出了全球的微波亮溫圖示，并給出了初步分析結(jié)果。本文在此基礎(chǔ)上，通過(guò)定量對(duì)比、統(tǒng)計(jì)分析等方法，進(jìn)一步研究本次獲取的微波輻射數(shù)據(jù)，揭示月球微波輻射特征。主要得到如下幾個(gè)認(rèn)識(shí)：（1）、從全月看，對(duì)于4個(gè)頻率，無(wú)論晝夜，月球的亮溫變化同緯度圈大致呈一致分布，從赤道到兩極逐漸降低。而在赤道及低緯度地區(qū)，亮溫還與其所處的經(jīng)度位置存在一定的關(guān)系。亮溫等值線圖可以清晰展示這一點(diǎn)。圖1標(biāo)出了3GHz的亮溫等值線。圖1、全月3GHz的亮溫等值線（2）、相同時(shí)段不同頻率的月球微波輻射不同。如在白晝，全球4個(gè)頻率的均值分別為200K、206K、214K、235