中国全球首绘“微波月亮” 助解宇宙起源

陈欢欢

2009年06月26日08:36  来源:中国科学报

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  寻找核能发电的原料——氦3,是人类探月的一项重要目标。但月球上究竟有多少氦3至今众说纷纭。根据阿波罗号带回的样品,美国科学家分析认为,月球上氦3资源量在100万吨~500万吨之间,评估跨度很大,究竟是靠近100万吨还是500万吨?

  近日,中国绕月探测工程副总设计师、中国工程院院士姜景山在2009探月与地学科学研讨会上向《科学时报》记者透露,根据搭载在嫦娥一号卫星上的微波探测仪传回的数据,我国科学家已成功绘制出全球第一幅“微波月亮”图,并利用实际探测数据反演出月球土壤层的平均厚度为5~6米,而氦3资源量更靠近100万吨,而非500万吨。

  氦3是一种高效安全的核聚变发电燃料,10吨氦3就能满足我国1年的能源需求。但氦3在地球上的蕴藏量很少,目前人类已知的容易取用的氦3仅有500千克左右。而月球地壳浅层内蕴含的上百万吨氦3足够地球人使用上万年。

  据悉,在嫦娥一号卫星微波探测仪绕月之前,国际上还没有从月球轨道对全月球进微波探测的活动。一些诸如月壤厚度、氦3资源量分布的研究多是依靠美国“阿波罗号”和苏联“月球号”探测器在落月点取样的实测数据为依据,加上其他手段分析延伸而来,因此结果存在相当大的不确定性甚至是偏差。而由中科院空间中心姜景山院士提出的这一探测计划从月球轨道上利用微波探测仪实际测量了全月的土壤厚度分布,在国际上首次获取了全月微波亮温分布数据,创建了“微波月亮”。

  月球的微波亮温数据是反映月表温度、成分等因素的综合指标,反映了月球表面的物理特性、内部过程和月球外部各种因素对月球的影响。姜景山说,月球没有大气层,是一颗完全暴露在太空中的天体,几十亿年以来,其自身内部能量、结构发生了重要变化,其地质时钟几乎停留在几十亿年前;而宇宙线、太阳风等外部影响也在月球上留下了很多痕迹。这些内、外作用与变化很多都可以在亮温异常中反映出来。因此,“微波月亮”的提出有助于了解月球起源及演变、宇宙起源的相关问题。姜景山透露,他的研究小组正在研究一些有代表性特征撞击坑的微波特征。

  据了解,在中国的“嫦娥一号”绕月飞行前,在利用电磁波进行月球探测中,可见光和红外技术是主要手段,国际上已建立了“可见月亮”(Visible Moon)和“红外月亮”(Infrared Moon)的数据资源,唯独缺少“微波月亮”。而红外、可见光主要针对表面探测,微波由于波长较长,可以深入厚度,进行次表层探测、厚度探测、撞击坑结构探测等研究。

  据介绍,仪器发射升空之后由于时间较长,仪器本身的参量会发生一定变化。因此在在轨定标中,亮温基准的选取对获取高精度微波亮温进而测量月壤厚度等很关键。由于这是国际上第一次从月球轨道上进行的全月微波探测,该项研究在在轨定标中首次关注了定标天线指向不同背景对结果的影响。姜景山指出,以往从地球轨道进行的探测在定标过程中固定地把2.7K作为宇宙背景的标准。但他的研究小组发现,当定标天线在绕月过程中指向不同星座、太阳、地球、月球本身时,其天线输入温度差异很大,如果简单把冷空温度定为一个固定值将产生很大的误差。因此,研究组首次在冷空定标中,对定标天线指向的影响作了很细致的分析,从而获取了较为精确的月球亮温数据,构造出了更接近于自然真实的“微波月亮”。

  据悉,姜景山研究小组据此还对国际上以往的有些研究结果提出了不同的看法,在月球背面的研究中,发现了值得深入研究的现象。

(责编:赵竹青)
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