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嫦娥四号进入第26月夜 研究成果揭示月球微尺度热辐射特性

文章来源:中国航天科技集团有限公司   发布时间:2021-01-25

嫦娥四号着陆器和“玉兔二号”月球车分别于1月20日21时10分和14时06分完成第26月昼工作,按地面指令完成设置,进入月夜休眠。截至目前,嫦娥四号着陆器和“玉兔二号”月球车已在月面工作749个地球日,累计行驶里程628.47米。

月球车巡视路径图

科研团队根据嫦娥四号任务获取的第一手数据,持续取得科学成果。中国科学院紫金山天文台吴昀昭研究员团队另辟蹊径,将可见光近红外光谱仪(VNIS)用于热辐射特性研究,获得了月球在微尺度上的热辐射特性,并对光谱进行了热校正,相关成果发表在Geophysical Research Letters。吴昀昭研究员首次在嫦娥三号光谱数据发现有热辐射存在(Wu and Hapke, 2018)。嫦娥四号第一月昼光谱数据证实了该发现,第十月昼定点测量给出了更多的观测支持。图1可见,2μm后光谱抬升随着太阳升高而逐渐加强,随着太阳下沉而逐渐降低。该发现一方面有助于正确解译光谱数据,另一方面拓展了光谱仪应用,不仅可用于研究矿物,还可用于研究月球的热辐射。该研究表明即便在2 μm且中纬度地区的矿物反演研究也需要进行热校正。

图1:第一月昼(a)、第二月昼(b)与第十月昼(c和d)光谱

即便纯热辐射区,温度与发射率的求解也是欠定方程,而中红外既存在反射又存在热发射,温度求解更为复杂。研究发现,除了物质成分外,热辐射特性受微尺度粗糙度显著影响(图2)。除了相角,观测与入射相对方位角的影响非常明显(图3)。获得了嫦娥四号月壤微尺度地形双向粗糙度斜率为22° - 24°。

图2:反演与模拟的月表温度。左右两列分别是未使用与使用粗糙度模型

图3:模拟和观测的温差(×与o分别表示未使用与使用粗糙度模型)与相对方位角的关系

过去对月表温度特性的研究主要是宏观卫星遥感数据,波长上是热红外波段。本研究首次开展了微观尺度和短波方面的月壤热辐射特性研究,对于中红外研究具有重要意义。本次研究所用谱段存在太阳反射与月球自身热辐射叠加,光谱解析及应用存在较大困难,是研究相对较少的光谱区。而中红外谱段非常有用,水、OH、有机质、矿物在中红外有判断性光谱特征,是探测地外生命物质的关键谱段。

【责任编辑:李子红】

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