對月球以及更遠天體或者空間環(huán)境的探測是人類航天活動的重要方向。開展月球和深空探測有利于研究太陽系起源、演化與現(xiàn)狀,以及生命起源與演變等重大科學(xué)問題,有利于催生基礎(chǔ)性、前瞻性的學(xué)科與技術(shù)。相比光學(xué)探測方法,雷達具有強穿透性、極化特性以及不受光照限制等優(yōu)勢,是探測天體特性的有效手段之一,在月球和深空探測中發(fā)揮了重要作用。電磁波能夠穿透幾米到幾千米的次表層,可用于探測月球和深空目標(biāo)的表層介電常數(shù)、次表層結(jié)構(gòu)、電離層及水冰等。按照探測方式的不同,表層穿透雷達探測主要包括地基雷達、環(huán)繞器雷達及巡視器雷達3種方式。針對不同的科學(xué)目標(biāo),不同的探測方式具有各自的優(yōu)勢和不足�；仡櫫吮韺哟┩咐走_在月球、火星以及小行星等探測中的科學(xué)應(yīng)用,總結(jié)了已經(jīng)投入使用以及計劃中的各種雷達科學(xué)載荷的探測任務(wù)、參數(shù)設(shè)計、工作原理和探測結(jié)果,展望了在未來利用表層穿透雷達進行月球和深空探測的發(fā)展趨勢。 

【文章來源】：天文研究與技術(shù). 2020,17(04)CSCD

【文章頁數(shù)】：21 頁

【部分圖文】：

地基雷達工作原理圖[3]

表1 表層穿透地基雷達的參數(shù)Table 1 Parameters of ground-based surface penetrating radar Name Country Diameter/m Frequency/MHz Power Arecibo America 305 430, 2 380 1 MW GSSR America 70 8 560 500 kW GBT America 100 50 000 1 MW LOIS Sweden (Array antenna) 10～240 500 kW地基雷達最早于1946年用于月球探測,文[3]利用地基雷達研究了月面撞擊坑以及雨海盆地的巖漿流[3]。隨著光學(xué)探測技術(shù)的不斷發(fā)展進步,在月球光照充足的區(qū)域,地基雷達探測已經(jīng)被光學(xué)探測替代,研究重心轉(zhuǎn)向了光照條件差的兩極陰影區(qū)[3]。2008年,美國國家航空航天局利用金石地基雷達獲得了比月球環(huán)繞衛(wèi)星克萊門汀分辨率高50倍的月球南極地形圖。文[14]利用阿雷西博雷達數(shù)據(jù),結(jié)合月球鈦鐵含量,反演得到了月球介電常數(shù)分布及月球正面的月壤厚度分布。地基雷達也廣泛應(yīng)用于火星、金星、水星及小行星的探測[3]。研究人員從開普勒望遠鏡發(fā)現(xiàn)的1 235顆潛在類地行星中精選出86顆,作為綠岸雷達系統(tǒng)的觀測對象,將在探索地外生命及宜居星球方面發(fā)揮重要作用。

阿波羅月球探測儀工作在主頻為5 MHz,15 MHz及150 MHz 3個頻段,工作原理如圖3。阿波羅月球探測儀發(fā)射的電磁波穿透月球表層與次表層,當(dāng)遇到月球表面以及月球次表層內(nèi)不連續(xù)的分界面時,產(chǎn)生回波信號并由接收天線接收。通過分析回波信號,可以獲得月球次表層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)信息。1973年,文[18]利用阿波羅月球探測儀數(shù)據(jù)分析得出月球次表層探測的最大深度約為1 km。阿波羅月球探測儀在澄海地區(qū)觀測到兩個幾乎連續(xù)的反射層,在危海觀測到一個反射層[6,18]。圖4及圖5分別為阿波羅月球探測儀在月球正面及背面部分區(qū)域獲得的次表層結(jié)構(gòu)剖面圖。圖4 阿波羅月球探測儀獲得的月球次表層結(jié)構(gòu)[17]。

【參考文獻】：
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