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探月科研成果竞相涌现,紫台专家解读最新月球奥秘
2021/03/02 20:10  交汇点新闻  

  交汇点讯 揭开“中红外月亮”的神秘面纱,嫦娥四号揭示微尺度月球热辐射特性,利用月球对高分四号卫星成功定标……近日,中国科学院行星科学重点实验室发布2020年度科研“成绩单”。随着嫦娥五号任务圆满完成,中国月球探测工程第一阶段成功收官,探月科研成果也竞相涌现。新华日报《科技周刊》专访中科院紫金山天文台行星光谱团组首席研究员吴昀昭,为大家解读来自月球的最新奥秘。

  证实月球热辐射特性,获得月壤温度特征

  每一个科学新发现都不是灵光一闪,而是需要经过多年的知识沉淀和验证。早在嫦娥三号传回的光谱数据中,吴昀昭就发现有热辐射存在。“当时就有了科学推测,但科学研究应力求做到深入、准确,所以一直在不断反演数据、确保准确性。”随着嫦娥四号在月球着陆,带着“玉兔二号”把车辙首次印在月球背面,吴昀昭团队研究多年的结果——微尺度月球热辐射特性,终于得到了证实,相关成果近期刊发在《地球物理研究通讯》(GRL)上。

  嫦娥三号与嫦娥四号可见光近红外光谱仪最初设计用于研究月球矿物,但吴昀昭将它用来探测月球热辐射。这项研究首次开展了微观尺度和短波红外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,不仅有助于研究人员正确解释光谱,也拓展了光谱仪的应用范畴,获得了微尺度月壤温度特征。

  “在月球上,哪怕仅是半毫米厚的月尘,温差也能达到一百多摄氏度。”吴昀昭科普道,这是因为月球没有大气导热,表层是极细的粗糙土壤,太阳一照射,颗粒倾斜面就有可能垂直于太阳,类似正午,温度迅速上升,但阴影处又非常寒冷。证实这一发现后,吴昀昭选在月球车第十月昼定点观测时,研究了热辐射及这种微尺度粗糙度,这一发现对着陆点的选择、着陆器的安全和未来宇航员登月的安全都有重要意义。

  风化最新研究成果,将改写月壤风化模型

  人们对月亮总是充满好奇,有着很多疑问。科学家更是如此,他们在不断提问、探索的过程中,也在一次次推翻人类已有的认知。吴昀昭团队对风化的研究,就挑战了教科书中的传统观点。

  传统观点认为风化导致光谱斜率增大,国际上广泛采用的TiO2定量反演模型基于此观点建立。吴昀昭团队利用嫦娥三号数据研究发现风化导致光谱斜率减小而非增大。该发现意味着过去的月壤风化模型、TiO2含量反演模型都需要改写。

  Apollo飞船、苏联的飞船以及我国的飞船着陆到月表后,科学家们发现月亮都变亮了,人类在月球上的首个脚印,也比原始月壤亮很多,这是为什么?过去美国、欧洲的研究普遍认为,飞船下降的时候吹走了月壤表面结构稀松的小颗粒,月表因平坦而变亮,就像大理石被磨光滑后就会变得很亮一样,这是一种物理机制。但吴昀昭团队根据嫦娥三号搭载的光谱仪发现,并不是月表变平导致的月亮变亮,而是月表最上层的风化比较严重的细颗粒物质被吹走了,暴露出底下新鲜的、没被风化的物质,这是一种化学机制,纠正了过去的观点。“这一发现对嫦娥五号采样也有重要的意义,采样要采集表层到底部柱样分层分析月壤。”

  “中红外月亮”露真容,成功实现月球定标

  科学研究还需要一些“突发奇想”。我国第一颗地球同步轨道遥感卫星高分四号卫星(GF-4),是国际上最为先进的地球静止轨道光学卫星,“如此高分辨率的地球同步轨道卫星只用来观测地球岂不是可惜,如果观测月球会带来什么新发现呢?”吴昀昭向国防科工局重大专项工程中心建议高分四号调姿观测月亮,有了多项新发现。

  利用高分四号,团队首次揭开了中红外月亮的神秘面纱,获得其形貌特征、随月相变化规律、月球半球温度分布,并揭示了背后的物理本质。

  肉眼可见的月亮

  “用中红外谱段观测分析后,我们发现,中红外月亮跟我们平时肉眼看到的月亮完全不一样,它看起来更立体,中间亮四周暗,与肉眼所见的月球亮暗相反,且各处相对亮度在不断变化。”吴昀昭解释,这是因为肉眼所见的月亮仅仅是反射太阳光,而中红外月亮既反射太阳光,也有月球自身的热辐射。

  中红外月亮

  团队还成功实现了月球对高分四号卫星定标。“卫星辐射定标是遥感定量化的基础和关键。世界各国非常重视卫星定标工作。”吴昀昭介绍,传统的定标方法一般是实验室定标、场地定标和星上定标器定标,但都可能造成定量化误差。而月球无大气,表层覆盖地质相对单一的月壤,对于可见光遥感来说反射率十分稳定,有着稳定的能量值,是卫星在轨辐射定标的良好光源。

  月球定标不仅让卫星发挥了更多用途,还提高了观测数据的可用性,让更多研究数据实现互享。吴昀昭告诉记者,月球定标的关键是建立月球辐照度模型,团队利用嫦娥一号绕月卫星干涉成像光谱数据建立了高精度月球高光谱辐射模型,为今后卫星定标提供了模型支持。吴昀昭团队对月球光谱辐射特性的长期坚持研究,既对月球亮度特征有了深入认识,还将嫦娥三号“摇身一变”成为国际定标场。

  新华日报·交汇点记者 蔡姝雯 蒋明睿

  摄影 刘成贺

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责编:刘艳元

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