“嫦娥一号二号”星载微波辐射计与红外观测仪数据结合对全月表介电常数的反演研究

Numerical temperature profile with diurnal variation of lunar maria and highlands at different latitudes of the Moon are resolved from the one-dimensional thermal diffusion equation based on the dust and soil two-layer lunar regolith model, and the surface temperatures are validated by the Diviner infrared observations. Based on the microwave radiative transfer model, the brightness temperatures for different channels are simulated first, then the surface reflectivity and absorption coefficient through the media are inverted from Chang'E-1(CE-1) and Chang'E-2(CE-2) multi-channel microwave brightness temperatures using the least mean square method. Based on the above, the effective complex dielectric constant of the lunar regolith can be determined. After that, the diurnal change of the brightness temperature at different latitudes can also be simulated. Comparisons between observations from CE-1 and CE-2 microwave radiometers and the simulated brightness temperatures from best-fit parameters are discussed as well.

对全月表不同纬度的月海地区与月陆地区分别进行研究，在两层模月壤物理模型的基础上得到的一维热扩散方程，确定各月球不同行时刻不同纬度的月壤层物理温度垂直方向廓线，并由美国Diviner红外观测数据验证其表面温度。通过嫦娥一号、嫦娥二号卫星搭载的多通道微波辐射计观测得到的辐射亮度温度数据，由两层月壤模型的辐射传输数值模拟，用最小二乘法反演各通道对应的月壤层热发射率和介质层吸收系数，由此反演月壤层的微波有效复介电常数，得到全天时全月球各通道微波热辐射的变化，并将其与嫦娥一号嫦娥二号卫星微博辐射计观测数据进行比较与验证。

月壤介电常数是反映月壤物质成分的重要参数，对月壤介电常数进行反演可为月球地质成分的确定及开发利用月球资源提供重要科学依据。本项研究由多元的月球探测数据，分别对月海典型区域Apollo15地区和月表-60至60纬度的月陆地区的介电常数进行了反演。完成了以下研究目标：.（1）提取了“嫦娥一号二号”微波辐射计观测数据，并获得了目标区域的微波辐射亮度随月球当地时间的分布情况；.（2）对月壤物理模型和描述月表物理温度变化情况的一维热扩散方程进行研究，选取了适合月表大范围的月壤模型的合理结构和参数，得到了月壤物理温度随时间和深度两个维度的分布情况，并由Diviner红外观测数据对月表层的物理温度进行了验证；.（3）基于微波辐射传输理论，在已建立的月壤模型的基础上，结合已验证的月壤物理温度廓线，利用“嫦娥”探月卫星微波辐射计实际观测的微波辐射亮度温度数据，对月表大范围区域的复介电常数进行了反演。总体上，所有四个通道的微波辐射亮度温度观测数据反演得到的反映介电常数虚部和实部比值的有效损耗角正切集中在0.004左右，而月壤介电常数的实部随探测波长增加而增加，3.0GHz通道反演得到的介电常数最高，表明月壤下层可能由岩石构成。. 本项目利用月表数字高程数据，红外探测仪的实际的观测辐射亮度温度数据以及微波辐射亮度温度数据，得到了由实际观测温度数据验证过的月壤物理温度廓线，反演得到了全月表大范围区域的月壤复介电常数，对研究月球的地质分层结构和物质组成部分提供了一定的科学依据。