利用嫦娥1号卫星微波探测仪亮度温度数据反演月球热流的研究

月球热流是研究月球热演化历史的基本条件，也是当前月球探测所面对的一个重要科学问题。利用月球卫星搭载微波辐射计测量亮度温度并反演热流是了解全月球热流分布的唯一途径。嫦娥1号卫星在国际探月任务中首次搭载微波探测仪，已获得3.0GHz、7.8GHz、19.35GHz和37.0GHz月球表面微波亮温数据，为解决全月球热流分布这一科学问题提供了可能。本研究拟在深刻理解嫦娥1号卫星微波探测仪亮温数据格式、数据内容、数据产品级别和处理流程的基础上，开展划分升降轨、分昼夜和剔除异常值的数据再处理；探索月壤的密度和化学成分与介电常数之间的关系，利用已有探测数据计算全月复介电常数的分布；最后根据亮温与月壤地温梯度的关系并结合热导率分析获得月球热流量，首次全球性地整体认识月球热流，揭示其分布规律。

嫦娥一号是中国发射的第一颗月球探测卫星，在轨运行494天，获得了全月球影像图、数字高程模型等大量科学数据。微波探测仪在世界上第一次开展了月球被动微波遥感。但微波探测数据的精细定标、数据质量评估、数据产品再处理、科学数据应用研究还需要经历十年左右的持续努力，才能较为充分地挖掘微波探测数据的科学价值。. 本研究利用嫦娥一号微波探测仪获得的3.0GHz、7.8GHz、19.35GHz、37GHz月球亮度温度数据，综合应用地理信息系统、数学分析和建模、辐射传输理论和热传导模型、月球地质等多学科研究手段，获得了一系列成果：（1）首次提出月球地方时的概念，用地球上每天24小时的相似概念建立了月球一昼夜的24小时，这一时间概念具有月相和地球时间均不能反映的直观性；（2）发现月球亮温数据同时具有从赤道向两极递减的纬度效应、昼夜循环变化的时间效应，在此基础上，利用数学分析建立了时间和空间二维拟合的月球亮温球谐模型；（3）利用亮温球谐模型，进行月球亮温数据的时间归一化和空间归一化处理，消除了时间和空间效应，更清晰地揭示月球表面热辐射和热传导本质特征；（4）在ArcGIS中将嫦娥一号寿命期间的所有月球亮温数据进行空间插值，获得了迄今分辨率最高的全月球微波图像；（5）圈定了月球上最热和最冷的地区，找出了一昼夜内最热和最冷的时刻，发现月球热行为变化规律；（6）建立了月球辐射传输模型和热传导模型，反演了月球热流；（7）在月球黑夜微波图像中发现了数百个热异常区域，探讨了热异常的初步成因。上述结果揭示了一幅显著不同于可见光波段的全新月球微波图像，为研究月球表面地质结构、热状态和热行为提供了全新的认识角度，明显提升了探月工程的科学意义。