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实验室科研人员在利用嫦娥四号数据获取月壤光度特性方面取得新进展

2020年06月10日 星期三 15:27:10

通过光学遥感手段可以获取月球表面的成分、粒径、空间风化等信息,以此作为理解月球形成与演化历史的重要参考,这些信息的准确获取需要理解月壤的光度特性。阿波罗返回样品在实验室进行过月壤光度特性的测量,但是返回来的月壤被扰动过了,而在实验室里模拟月球环境和月壤堆积状态是比较困难的,因此无法判断月壤原始状态下的光度特性。在嫦娥四号成功登陆月球背面后的第十个月昼,玉兔二号月球车利用它所携带的可见光和近红外成像光谱仪,从旭日东升到日影西斜对同一个区域的月壤进行了持续的光谱探测,这为我们提供了理解月壤光度特性的绝佳机会。

图1. 玉兔二号月球车在月面进行光度测量实验 (A&A封面图)

实验室刘洋研究员与中科院地质与地球物理所的林杨挺研究员团队合作,基于嫦娥四号可见光和近红外光谱数据,研究了原始状态下月壤的光度特性。在第十个月昼的探测中,玉兔二号一天保持不动,利用携带的可见光和近红外成像光谱仪对同一月壤区域进行了探测(图1),并通过太阳的升落调节观测的几何配置。由于月球表面有许多大小不一的撞击坑,月球表面也因此崎岖不平,而地形的起伏会极大地改变局地光照和仪器观测角度。作者利用月球车携带的避障相机拍摄的立体像对生成了光谱测量区域的DEM数据,计算出了坡度(图2),并推导出了地形影响后的角度与原始角度之间的关系公式(图3),最后基于此关系和坡度值对光谱进行了地形校正。

图2. 测量月壤区域的高程(DEM)及平行和垂直于月球车观测方向的坡度

图3. 地形对光照和观测角度影响示意图

利用地形校正后的光谱数据,研究人员提取了月壤的相位曲线,并利用三参数Hapke辐射传输模型拟合相位曲线的方法,获得了月壤包括单次散射反照率和相位函数两个参数在内的光度散射特性。研究结果表明着陆区原始的月壤颗粒的散射波瓣要高且窄得多,表现出更强的前向散射特性(图4)。从原位测量中获得的光度参数为理解月壤的散射特性提供了重要依据,进行地形校正后的光度参数对于获得着陆区更可靠的矿物丰度是至关重要的,同时,它们也为轨道数据的光度校正提供了关键的地面真值。

图4. Henyey-Greenstein相位函数参数b和c的关系,表征月表矿物颗粒的散射特性。

该论文是刘洋研究员和林杨挺研究员基于玉兔2号第十个月昼的独特数据合作文章系列的下篇,共同第一作者是地质与地球物理所的博士后林红磊和国家空间科学中心的博士后杨亚洲。上述结果近期发表在国际一流期刊Astronomy & Astrophysics上,并被选为当期的封面文章。

论文链接:

https://www.aanda.org/articles/aa/abs/2020/06/aa37859-20/aa37859-20.html



 

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