月表电场及其对遥感探测月表磁异常影响.pdfVIP

2009第二十二届全国空间探测学术讨论会论文 月表电场及其对遥感探测月表磁异常的影响 冯永勇1’2 赵华1 ‘(中国科学院空问科学与应用研究中心北京l00190) 2(中国科学院研究生院北京100080) (E-mail：fbn餐例孕css筑辨．cn) 摘要：月表全球磁异常区的绘制工作是月球探测工程的重要内容。但是由于月表电磁环境 错综复杂，科学家认为月球表面在特殊的太空天气下，会带有数千伏特的电压。月球表面的 带电与放电现象将成为未来月球探测活动的一项挑战。先前的太空任务已经证实，表面的带 电与放电、容易造成人造仪器的异常或失联，这样的现象势必也会发生在未来的月球基地上。 月表电场也对电子反射法有着重要影响。研究，分析不同电磁条件下，太阳风电子的运动轨 迹让我们对月表环境：包括电磁环境，太阿I风条件，等离子体参数等，都会有更加深入、细 致的了解。本文中，我们通过模拟向月表运动的太阳风电子的运动轨迹，并着重研究冈月表 电场在电子反射法遥感探测月表磁异常的影响。这些结果为我们今后探测月表电磁环境提供 了很重要的信息。 关键词：月表电场电子反射法遥感探测磁场异常区太阳风电子 1．引言 近年来在全世界掀起新的一轮深空探测尤其是月球探测热潮，我国有嫦娥：l：程，日本 发射月亮女神，印度也发射了探月卫星。月球没有全球性磁场，也没有明显的大气层，但 是月表分布着众多的磁场异常区，绘制月表磁场分布，了解月表环境，是今后月球基地的 建设中十分重要的工作。我们在之前的工作中已经证实通过电予反射法可以遥感探测月表 磁场异常区。… 2．月表电磁环境 在月球的日照面，由丁太舟l紫外线和X射线笛高能射线的轰击，月表尘埃物质的原子与分 子中的屯子发生跃迁，直至电离。月尘微粒所带的止电荷逐渐积累，电荷越来越强，直剑使尘埃 微粒相互排斥开来，甚至离开月球表面，上升到数米甚至数千米的空中悬浮起来。科学家们也 早就通过理论推导预测到月表背阡I面会带负电：如果没有其他的流源(比如光电效麻)，在 电子与离子的浓度，温度都相当的条件F，处于其中的天体将会带上负电，这对于在黄道面 的卫星来说是一个众所周知的现象：由于电子比质子轻的多，运动的灵活性就人得多。这样 就会因为正负粒子的分离引起电势著。阿波罗14甲展上的SIDE仪器探测数据表明在月球的 晨昏交界处，有着约IOOV的电势著。Halekas通过对LP卫星ER探测器探测数据的凋研以 验证之前发现的当月球在地球磁尾时通过上行电子束推断的超过500V的电势差案例。发现 达到这么高的电势差是1#常罕见的，但是这样的事件却在向陴l面和背舟I面中都有零星地发生 过。‘列 Shina Kimura在忽略磁场(包括行星际磁场和月表磁异常)，也忽略光电效应的条件下 287 2009第二十二届全国空间探测学术讨论会论文 模拟太阳风经过月球后在月表形成的二维电场分布。这个全粒子模拟的结果表明，在背阳面 电场的方向垂直于月表，在月球晨昏交界处电场强度甚至可以达到3．5V／m，不过由于背阳 面带负电和向阳面电中性，晨昏交界处电场的方向主要是月表地平线方向的。电场结构的半 宽度和德拜屏蔽长度相当。∞1 从之前我们的研究和讨论中已经得知，利用电子反射法遥感探测月表磁场，只考虑磁 场条件时，反射临界角是和粒子的能量无关的：sin2以=半。然而Halekas等在分析数 ’ Bs 据的过程中发现，100--1000eV的电子反射临界角存在着差别，而且能量越低，临界角越模 糊(超过了原本可能的分布范围)，在最低的能段，损失锥甚至不可见了。这种现象仅刚绝 热磁反射法是无法解释的。观测到的粒子通量跨越三个量级，尽管普遍存在统计误差，但是 其在最低的通量是比较小的。类似的现象是普遍存在的，观测数据主要是处在地球磁尾或者 太阳风的尾迹里的月球夜晚面，卫星轨道高度20—40公里，在这两种环境下，都观测剑和能 量相关的损失锥分布和上行电子流。Halekas用这个方程和探测结果进行验证，分别考察4 个能量，最好的结果是△U=-48±15y。由于只用