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嫦娥四号探测器就位温度测量揭示月球背面月壤热物理性质

发表时间:2022-09-06     点击:次     编辑:张磊

地大新闻网讯(记者赵婧萱)基于“嫦娥四号”探测器对月球背面表层月壤温度的就位测量结果,中国福利彩票行星科学研究所、澳门科技大学月球与行星科学国家重点实验室,以及中国空间技术研究院的研究人员合作,利用新研发的数值模型,详细分析了着陆点表面月壤的温度和热物理性质,得到了该地月壤颗粒的平均粒径(约15微米),以及月表和月壤内1m深处的月壤热导率。

近日,相关成果发表于《国家科学评论》,共同第一作者为中国福利彩票地球科学学院博士生肖潇和澳门科技大学俞硕然博士,通讯作者为中国福利彩票地球科学学院教师黄俊。这是人类首次利用就位探测数据揭示月球背面月壤的热物理性质,为全月月表热物理性质的遥感分析提供了新的“地面真值”。

成功着陆在月球背面的嫦娥四号着陆器

2019年1月3日,中国嫦娥四号探测器成功着陆月表并开展巡视探测。这是人类第一个在月球背面进行就位探测的航天器。嫦娥四号着陆器首次在月球背面对月壤温度进行了就位测量。在嫦娥四号着陆器上的两根月球车导轨的末端底部,安装了四个与月壤直接接触的温度计,每900秒测量一次月壤的温度,测量精度为0.3K。

嫦娥四号着陆点着陆后第三个月的月壤温度。(a)彩色圆点分别表示四个温度计测量的温度。(b)正午附近时温度的变化特征。

基于嫦娥四号探测器对月球背面表层月壤温度的就位测量结果,该研究团队发现,白天月壤的温度主要受太阳辐射和周围环境热辐射的影响。日出后月壤温度快速上升,正午附近时温度达到最大值。正午之后温度开始下降,在傍晚附近温度急剧下降。夜间月表温度的变化主要受月壤的热物理性质影响,温度缓慢下降。在月球当地时间正午附近时,四个温度计的测量温度突然降低,而后急剧上升。这些温度变化与着陆器的阴影运动相关。

嫦娥四号着陆点月壤粒径为15μm的温度、密度和热导率剖面图。(a)从月表到1米深度的最小、平均和最大温度的剖面图。(b和c)从月表到1米深度的密度剖面图和热导率中的热传导分量剖面图,对应图3a的最小、平均和最大温度。

该研究使用的数值模拟方法主要是根据夜间月壤的表面温度变化计算热导率。与实验室实验相比,保持了月壤的原始堆积方式。研究结果显示嫦娥四号着陆点的月壤颗粒最优平均粒径为15微米。月壤的温度变化在0.4米以下可以忽略不计(图3a)。月壤热导率中的热传导分量在表面约为1.53×10-3W/(m·K),在1 m深处约为8.48×10-3W/(m·K)(图3c)。这些物理性质都表明了月壤具有非常好的隔热性。未来在月球极区建立月球基地,月壤可以作为基地表面的隔热材料。

据悉,该研究得到国家重点研发项目、民用航天预先研究项目、国家自然科学基金和澳门科学技术发展基金的支持。(审稿 陈华文)