嫦娥一号微波探测仪探测月壤厚度机理和地面验证试验-中国科学.PDFVIP

中国科学 D 辑 :地球科学 2009 年 第 39 卷 第 8 期 : 1097 ~ 1104 SCIENCE IN CHINA PRESS “嫦娥一号”微波探测仪探测月壤厚度机理和地面 验证实验 * 张德海 , 张晓辉, 王振占, 董晓龙 中国科学院空间科学与应用研究中心, 北京 100190 * E-mail: zdh@ 收稿日期: 2009-04-20; 接受日期: 2009-07-27 “嫦娥一号”工程微波探测仪项目资助 摘要 “嫦娥一号”微波探测仪(CELMS)是国际上首次在月球轨道直接测量月球亮温的被 关键词 动微波遥感器, 其科学目标是反演月壤厚度的信息并对月球的 3He 资源量和分布进行评估. 嫦娥一号 介绍了月壤厚度探测机理, 建立了亮度温度随月壤厚度变化的理论模型, 利用地面验证实验 微波探测仪 对探测机理和辐射传输模型进行了初步验证. 月壤厚度 地面验证实验 国际上对月壤温度模型及辐射传输的研究已经 复旦大学金亚秋教授和美国的Fung教授应中国科学 开展并取得了一定成果. Linsky[1]模拟了月壤温度相 院空间科学与应用研究中心的委托分别建立了月壤 关的热特性. 最近, Mitchell和Pater[2]建立了水星上波 微波传输模型: 金亚秋等[6~11] 应用WKB方法并开发 长在 0.3~20.5 cm微波热发射模型. Vasavada等[3]利用 了一个 3 层模型结合光学观测数据来反演月壤厚度. Mitchell和Pater[2] 的模型分析了水星和月球近表面温 Fung 等[12]用一种多层模型产生 8 个点位 5 个频率(2, 度以及极地存在冰的可能性. 进一步, Lagerros[4]研究 3, 7.8, 19.5, 37 GHz) 的深度从 1 到 9 m的近似辐射传 了星体热微波发射的极化. 输, 并包含了月壤散射贡献. 从月球轨道用被动微波遥感的方法获得全月球 中国科学院空间科学与应用研究中心从月球微 月壤厚度数据, 至今还没有先例. 迄今为止只有欧洲 波探测仪立项之初就开始了月壤微波辐射特性和月 的月球计划中有微波遥感器的规划. 将微波遥感器 壤介电特性的研究[13~15], 李涤徽等[14,15]进行了大量 用于月球卫星的对月观测是中国的科学家首次提出 的关于月壤特性模拟和测试工作. Wang等[16]还从微 并在CE-1 上实施. 欧洲计划的欧洲大学生探月计划 波辐射原理出发, 利用非相干法[17]推导了针对月壤 [5] 中将采用这种方法 . 的介电特性、温度特性等进行了月壤温度剖面、月表 目前, 国内许多单位对利用微波探测仪亮度温 多波段辐射亮温的理论模拟. 度科学探测数据进行月壤厚度反演表现出浓厚的兴 本文利用地面实验, 用 CE-1 微波探测仪初样产 趣, 包括: 中国科学院空间科学与应用研究中心、复 品, 在卫星发射前利用底面的模拟环境, 进行不同湿 旦大学、中国科学院国家天文台、中国科学院地球化 度的沙子和泡沫的微波辐射特性测量,