月表微波辐射对月壤厚度及其物理温度廓线的反演

宫晓蕙 金亚秋

(复旦大学波散射与遥感信息教育部重点实验室，上海 200433)

引 言

在长期的地质演化过程中，月球表面由于火山喷发以及受到陨石小天体的撞击，形成了大量的大小不同的撞击坑形成的环形山，产生月海、月陆山脉、峭壁等起伏不平的月球表面[1]。月表层物质是由尘土、非集结性岩块、碎屑、玻璃熔融物质等构成的月壤, 包括月表面细微颗粒构成的月尘层。据研究，月海的月壤平均厚度约为4～5 m, 月陆约为10～15 m.对月壤物质结构、厚度及其分布的了解，可以为月球地质提供重要的信息，也对未来的探月、登月以及月球开发具有重要的意义。

我国2007年10月24日成功发射了第一颗探月卫星“嫦娥”1 号(CE-1)[2-3], 作为“嫦娥”1号的备份星，具有100 km更低运行轨道的“嫦娥”2号也于2010年10月1日发射升空。在“嫦娥”1号和2号的发射任务中，全球首次搭载了四通道微波辐射计，测量整个月球表面的微波辐射亮度温度[2]。CE-1微波辐射计有四个工作频率：3.0、7.8、19.35、37.0 GHz，观察角度为0°，月表面的空间分辨率约为30～50 km，测量精度为0.5 K.通过测量月表面微波辐射亮度温度(Tb)，可以反演月表层结构的月壤厚度分布，并估算月壤层中富含的氦-3(3He)含量等等[4-5]。

月表层介质的物理温度是关键的物理参数，由于月尘层热绝缘性强而月壤层的导热性较好，月表面物理温度昼夜变化极大，并随深度变化产生温度分布廓线。环形山起伏导致的月表面接受太阳光照条件的不同，使月表面物理温度表现出很大的地形差异。由于穿透深度较小，高频通道19.35与37.0 GHz的Tb对月表层温度更敏感，可用于反演月表层物理温度[6]，但是两个通道的Tb数据无法反演出多个未知量，且当两通道的Tb数据差异不大时，会产生反演的病态问题。……