月面光学望远镜方案小型等高仪型照相天顶筒SMAP.pdf

中国宇航学会深空探测技术专业委员会第一届学术会议 2005年1月哈尔滨 月面光学望远镜方案：小型等高仪型照相天顶筒(SMAP) 平劲松，虞南华 中国科学院上海天文台 上海南丹路80号邮编200030 FAX：021 Email：pjs@shao．aC．cn 摘要：考虑到月球科学探测和来自月球的科学两方面的目标，提出了月面小型光学望远镜观测 月球自转和天体位置方案，计划利用在月面设置的天体测量望远镜．小型等高仪型照相天顶筒 Moon-surfaceAstrolabe (SMAP，Small 的位置，通过对望远镜视野范围内恒星位置的精确解析来分离月球自转变化(自转轴的倾斜和自 转速度的变化，也被称作为物理天平动)，并反演月面潮汐效应． 关键词：月面望远镜；等高仪；天顶筒；天平动 1引言 月球探测中的一个前沿课题是探测和研究月球的内部构造和物理特性，特别是中心部的核有多大、组 成物质是什么、是不是溶化状态等等。由此可以进一步阐明月球的起源和演化过程这一基本问题。到现在 为止有关月球内部构造的重要信息主要从月球自转变化的观测得到。譬如，从物理天平动得到的力学扃率 和从重力场的低次项求得的惯性力矩表明月球金属核的存在；月球自转速度偏离卡西尼状态的进动可以通 过内部耗散说明：自由天平动的激发源也可以通过内部耗散说明；后两者和物理天平动的消散项同时暗示 着月球核的流体状态。 到的月球物理天平动成分中分离出了耗散项。耗散机制被解释为来源于月幔下部的固体摩擦耗散和幔．流体 核间的摩擦耗散两方面。其中假定了前者对频率有依赖而后者不依于频率，为了统一说明不同周期的耗散 明月球流体核的存在。因为他们的讨论没有超出LLR的范围，得出的结论也颇有争议。 月球和行星的自转变化的观测有许多方法，如通过环绕月球和行星的卫星的观测、来自地球的观测、 月球和行星表面的本地观测等等。对月球而言，到现在为止的自转变化的观测只有来自地球的激光测距 (LLR)。由于地球自转和月球公转的影响、观测日期分布的有偏性、月面反射镜位置的不确定等因素的影 响，上述月球物理现象的大小与于LLR观测精度相当，仅仅依靠LLR的观测结果难以得出可靠的结论。 大气抖动的影响，来自地球的观测存在精度的极限。同时，如果打算利用绕月卫星直接观测的话，需要象 地球的GPS一样要求数颗卫星和月面观测站组成的立体网络，在月面上实现这样的观测非常困难。 高精度的天体测量观测，精确地测定月求物理天平动，可以分离改进LLR不能或难以分离的物理量，譬如 可以大大提高月球公转观测精度等。其他推定月球中心核附近深部构造的手段还包括地震学的手法。不过 地震学的手法对推定内部构造很有效，而对推定中心核的密度和状态几乎无效。利用并结合新的月面本地方 法观测月球自转变化变得不可缺少。 ’ 形、物质分布、重力场和剩余磁场异常。它们还观测到在极区的永久阴暗区的水的存在。另外35年以上 美国航空航天局和Luna_A／日本航空航天机构在内的新一轮月球探测将对月球空间环境、高精密地形、背 面重力场、月壤分布和月面基地候选地进行详细探察。嫦娥一期将把阐明月面成分、内部构造和起源演化 一道提供月球全球的地形和重力异常的信息。 ． 这些集人类智慧之大成的探月计划为精确回答月球自转的变动或物理天平动、月内部构造特别是中心 425 月面光学望远镜方案孙型等高仪型照相天顶筒(SMAP) 部的物质是什么、是不是溶化状态等问题提供更强的约束，对阐明月球的起源和演化做量和质的观测积累。 以上计划实施之后的数年中(2010以后)，包括中国在内，各国已经纷纷制定月球表面的软着陆计划，把利 用小型着陆器和机器人进行月球地质调查作为主要目标。之后的月面着陆探测将直接对月面物质成分、月 深部地幔的