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美國44屆月球與行星科學大會匯報及對我國行星科學未來發展建議

已有1249次閱讀 2013-6-13 16:03 | 個人分類: 科研筆記 | 系統分類: 科研筆記 | 關鍵詞:44LPSC休斯敦美國

2013 年3 月18 ~ 22 日在美國休斯敦伍德蘭茲召開了第44 屆月球與行星科學大會。我與孔凡晶研究員、孔維剛博士後參加了此次大會。現將會議活動情況和主要收穫與建議匯報如下

這次大會是由美國月球與行星研究所（LPI ）、美國國家宇航局（NASA ）和美國大學空間研究協會（USRA ）主辦的一年一度的大型科學會議。本次大會有美國、日本、印度、歐盟、中國等國家的地質學、地球物理學、地球化學、天文學、遙感技術、礦物學、岩石學、隕石學、行星年代學等不同學科領域的行星科學家共1800 餘人參加，會上全球最頂尖行星科學家就最新的行星探測結果與最新科學研究和發現作了549 個大會主題報告，涉及53 科學議題；作了3038 個分組報告，涉及235 個科學議題。並開展了討論與交流。

今年第44 屆大會的主題是“ 好奇號” 登陸車探測火星新結果，GRAIL 衛星月球1000 階次重力場模型及對月球結構構造的最新認識。這些都對我國及我部未來行星發展規劃提供了重要的指導方針和參考方向。下面將分別介紹這些成果。

1．1000 階次高精度月球重力場模型的建立

美國發射的GRAIL 衛星是通過測量雙星之間的距離、深度等變化來測量月球重力場的梯度變化，取得了令人驚異的高精度結果。當前利用50 km 高度衛星提供的數據建立了420 階次月球高精度重力場模型。GRAIL 小組正在利用最後幾個月的數據（2012 年8 月30 日到2012 年12 月14 日約3.5 個月）的23 ~ 55 km 高度數據（採樣間隔為0.5 秒數據）計算全球660 階次（相當於8.3 km ）和局部甚至能達到1000 階次精度（5.5 km ）的月球重力場模型。

圖1 GRAIL 建立高階月球重力場的研發情況

圖2 GRAIL 衛星建立的高階次月球重力場模型精度對比

（660 階次是精度最高的）

2 ．GRAIL 高精度月球重力場對月球內部結構和物質分佈研究的初步進展

利用GRAIL 建立的高精度月球重力場並結合其他數據和模型對月球殼層結構、厚度、撞擊坑結構、月球火山構造、南極艾肯盆地等給出了試探性的科學結果。

GRAIL 建立的月球重力場顯示出月殼上部的密度遠比原先的預計的要小，大約為2550 kg m^-3，且密度越接近月表越小，密度的水平變化見下圖。由此得到的月殼厚度大約為34 ~ 43 km ，比原先估計小20 km 。GRAIL 還得出月殼孔隙度平均值為12% 。

圖3 月殼密度模型

Mega-Regolith 層具有這個平均孔隙度。利用遙感建立的Th 推測可能的溫度深度模型來推測岩層孔隙度可能的閉合深度，得到這一層的厚度大概為45 km 左右。

月球火山地區高精度自由空氣重力異常和均衡狀態：Aristarchus 高原分佈大量的火山碎屑岩，最大值172 mGal ，含有高Ti 玄武岩；Rumker 山脈最大值76 mGal ，接近均衡狀態；Cauchy 和Hortensius 火山分佈低Ti 玄武岩，最大值300 mGal ；Compton-Belkovich 火山可能底部含有淺部岩漿房，自由空氣重力異常為正值，強度較小；Gruithuisen 和Mairan 岩丘分佈富Si 岩漿，自由空氣重力異常為正值，強度較小。

3. 月球亮溫

本次會議匯報了最新的DIVINER 數據處理成果和未來展望。DIVINER 共9 個頻段，波長范圍為0.3 μ m ~ 0.4 mm ，其中2 個頻段是用來測量月表太陽光反射效應，3 個頻段用來識別月表矽酸鹽礦物，另外的4 個頻段（波長范圍12.5 ~ 200 μ m ）是用來測量月表亮溫的（嫦娥一號微波測量的目的是一致的，嫦娥1 號用於測量亮溫的頻率是3 、7.8 、19.35 、37 GHz ，相當於8.1 ~ 100 mm 波長，比DIVNER 的波長長得多，且二者頻段沒有重疊的區域）。Diviner 這些數據正在用於準備4 級產品包括高精度的全月亮溫圖、太陽反射率圖、岩石豐度圖、熱物理屬性圖等。Diviner能夠測量到的空間分辨率為200 m （50 km 軌道高度）。嫦娥一號微波的最好的空間分辨率為35 ~ 50 km （200 km 軌道高度）。

圖4 DIVINER 南極區白天（左圖）和晚上的亮溫圖（右圖）

圖 5 嫦娥1 號微波北（左圖）南（右圖）極白天亮溫圖

圖6 嫦娥1 號微波北（左圖）南（右圖）極夜晚亮溫圖

3． 火星月球環境實驗室和實驗場模擬研究

多國聯合建立模擬月球環境實驗室。包括ISAR （International Space AnalogyRock Collection 國際空間岩石學測試）、CASPER （Center for Astrophysics, Space Physics and Engineering Research 天體物理學、空間物理學和工程研究中心）用於月球環境模擬研究實驗室；鄭棉平院士和王阿蓮教授合作的青海柴達木大浪灘研究成果（主要涉及含Mg 等硫酸鹽礦物的類比研究）也在此分組作了報告。

ISAR 歐空局和法國國家空間中心聯合建立的，建立最具代表性的岩石用於空間任務儀器的測試和定標。本次會議主要包括研究在塞浦路斯Skouriotissa 礦區類似的水成環境下的玄武岩環境作為類似的實驗場地區，研究在不同溫度和pH 值環境下形成的不同礦物從而解釋早期火星水環境下形成的礦物。ISAR 實驗室在本次會議中展示其利用“精神號”火星登陸車在Gusev 火星坑對該地玄武岩的分析成果來進行人工合成該玄武岩從而顯示其形成和演化的條件並表明了存在微生物的可能性。

CASPER 中心是有美國貝勒大學和德國斯圖加特大學聯合建立的，本次主要介紹其用於模擬空間等離子環境，其中用於模擬月球等離子層和太陽風之間的作用，從而了解月球微弱磁層的變化。

4． 地月撞擊坑撞擊模擬研究

本次會議對於撞擊坑的研究主要包括3 個方面：從實驗角度的撞擊動力學、從分析模擬角度的撞擊動力學以及月球撞擊坑的研究。其中NASA 專門建立一個用於研究月球撞擊作用過程的實驗室—AVGR （Ames Vertical Gun Range ）。這一實驗裝置可用金屬物質、礦物和玻璃最大加速到7 km /s 來研究撞擊過程。

撞擊的過程主要是研究撞擊體的速度以及目標體的孔隙度、飽和度、強度對撞擊坑大小、深度上的影響；有些科學家還試圖模擬地球- 月球形成之初的大撞擊的過程；模擬多環盆地（最大最複雜的撞擊盆地）受撞擊作用的影響過程；地球撞擊坑與月球撞擊坑的對比；模擬撞擊作用對於行星土分佈特徵的影響；研究高溫高壓對於撞擊性礦物產生的影響。

5． 行星製圖