月球極區雷達異常撞擊坑分布特徵與成因分析

《月球極區雷達異常撞擊坑分布特徵與成因分析》是依託北京大學，由法文哲擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：月球極區雷達異常撞擊坑分布特徵與成因分析
• 依託單位：北京大學
• 項目負責人：法文哲
• 項目類別：面上項目

項目摘要

雷達對月球兩極永久陰影坑內潛在水凍的探測是月球科學領域的一個熱點問題，對月球極區雷達回波異常的解譯也是一個難點問題。本研究將由Mini-RF、Mini-SAR、Arecibo等多源雷達數據統計整個月球表面雷達異常撞擊坑的分布，分析異常撞擊坑的雷達回波特徵，判斷月球極區異常撞擊坑數量是否偏多。在申請人前期工作的基礎上，發展包括大石塊散射、多次散射、後向散射增強、粗糙面與半掩埋石塊複合散射的月表雷達散射模型，分析月表關鍵性特徵參數對雷達回波的影響。進一步地，發展納入局部入射角的簡縮極化散射理論，分析引起雷達圓極化比偏高的可能因素。藉助月球多源數據對月表粗糙度、介電常數、石塊豐度、月壤厚度的估算結果，由雷達散射模型與簡縮極化散射理論分析引起月表極區雷達回波異常的因素，判斷月球極區是否有大量水凍的存在，如存在則估算水冰含量。最後，結合隕石撞擊與空間風化理論，分析月表異常雷達撞擊坑形成的地質原因。

結題摘要

為解決地基雷達對月球兩極永久陰影坑內水冰探測存在的爭議問題，印度“月船”1號、美國月球偵查軌道器上分別搭載了微型合成孔徑雷達（Mini-SAR和Mini-RF），用於對月球進行高解析度成像觀測，搜尋月球極區水冰存在的證據。Mini-RF雷達團隊在月球兩極發現一種雷達回波異常撞擊坑，其邊緣以內雷達圓極化比高但邊緣外低，該類撞擊坑密度隨緯度升高而增加，被認為是水冰存在的證據，但缺少對雷達回波異常的物理解釋。本項目對整個月球表面6818軌Mini-RF原始數據進行了預處理，生成了全月表雷達回波功率與圓極化比鑲嵌圖。基於月表高解析度數字高程數據，由水文學的水體淹沒模型，搜尋並構建了直徑在2 km到20 km之間的撞擊坑資料庫。在此基礎上，分析了直徑大於2 km的月表撞擊坑雷達回波特徵，給出了月球表面雷達異常撞擊坑分布圖，研究了雷達異常撞擊坑密度隨緯度的變化，發現月球極區雷達異常撞擊坑密度並沒有偏多。根據撞擊坑內外雷達回波的強弱差異，結合Diviner對月表石塊豐度的反演結果，發現月表雷達回波圓極化比主要與表面石塊有關。建立了月表二元混合散射模型，可以很好地解釋月表雷達回波強度與石塊豐度之間的關係。最後，結合月表光學圖像、Diviner石塊豐度、高程與坡度等，系統性研究了月表撞擊坑的演化規律，發現新鮮撞擊坑、雷達異常撞擊坑、年老撞擊坑是撞擊坑演化的時間序列，這可以很好地解釋Mini-RF雷達與Diviner熱紅外對撞擊坑的觀測結果。本項目研究結果表明，Mini-RF團隊所認為的月球雷達異常撞擊坑，其密度在月球兩極並非偏多，雷達回波異常主要是由於撞擊坑退化過程中邊緣內外、表面與次表面石塊非均勻退化所引起的，否定了月球極區存在大量水凍的結論。