月球勘探者
Lunar Prospector
所属组织 美国国家航空航天局
主制造商 探索项目
任务类型 行星科学
环绕对象 月球
绕轨圈数 ~7060
发射时间 1998年1月7日, 02:28:44 UTC
发射手段 雅典娜II运载火箭
任务时长 570 日
任务重点 进入月球轨道
1998-01-11, 10:28 UTC
COSPAR ID 1998-001A
官方网站 NASA NSSDC Master Catalog
质量 158千克(348英磅)
轨道参数
半长轴 6,478.2 km(4,025.4 mi)
离心率 0.00046
倾角 90.55°
远拱点 101.2 km(62.9 mi)
近拱点 99.45 km(61.80 mi)
周期 117.9 分钟
月面着陆
着陆日期 1999年7月31日,9:52:02 UTC
着陆地点 87°42′S 42°06′E / 87.7°S 42.1°E / -87.7; 42.1
携带仪器
伽马射线光谱仪(GRS)
月球勘探者中子光谱仪(NS)
α粒子光谱仪(APS)
多普勒重力实验仪(DGE)
磁力仪(MAG)
电子反射仪 (ER)

月球勘探者号(台湾译为月球探勘者号;英语:Lunar Prospector)是NASA探索项目中第三个行星探测任务。本项目花费总共6280万美金,任务时间19个月。月球勘探者是以低高度极轨道环绕月球的探测器。月球勘探者的主要任务是对月球表面物质组成、南北极可能的水冰沉积、月球磁场与重力场进行研究。1999年7月31日该卫星撞击靠近月球南极点的撞击坑结束任务;原本预期撞击时扬起的表土可以检测到水的存在,但并未成功。

月球勘探者号的数据让科学家可以以此绘制月球表面组成矿物分布图,并让我们进一步了解月球的形成和演化[1]

月球勘探者号是由NASA的艾姆斯研究中心英语Ames Research Center(Ames Research Center)主持;卫星承包商是洛克希德·马丁

月球勘探者也搭载了舒梅克-李维九号彗星发现人尤金·舒梅克博士(1928年4月28日-1997年7月18日)的部分骨灰。他是至今唯一葬在月球的人

任务概况

艺术家笔下的月球勘探者脱离火箭第四节后脱离地球轨道的情景。

月球勘探者于协调世界时1998年1月7日(当地时间1月6日)使用雅典娜二型火箭发射,前往月球耗时105小时。

月球勘探者号的轨道。

月球勘探者的任务在协调世界时1999年7月31日9:52:02 UT (美东时间5:52:02 EDT)结束。月球勘探者结束任务时的撞击目标是靠近月球南极点,太阳光无法照射到的舒梅克环形山 。原本预期月球勘探者号可以撞到撞击坑底的冰,扬起水蒸气使地球上的科学家观测到;但撞击后并未观测到水蒸气。

科学仪器

月球勘探者搭载六项科学酬载:伽玛射线光谱仪中子光谱仪磁力计电子反射仪α 粒子光谱仪、多普勒重力实验仪。这六项仪器可以全方位观测,不需要排观测顺序。正常状态下仪器观测结果会被连续记录与发送。

伽玛射线光谱仪

月球勘探者的伽玛射线光谱仪(Gamma Ray Spectrometer, GRS)进行了首次的全月球伽玛射线光谱测量,这是首次“直接”测定全月球表面的化学组成。这些数据有效地让科学家绘制了多种元素在月球表面的分布;例如确定数个富含铁的区域[2]

GRS 的任务是提供全月球表面元素丰度的分布图。GRS 被设计来记录由以下机制产生的伽玛射线光谱:

  1. 月球表面元素的放射衰变
  2. 月球表面元素被宇宙射线和太阳风高能粒子撞击。

GRS侦测到最重要的一些元素是会从衰变释放伽玛射线的铀、钍和钾。宇宙射线撞击或太阳风高能粒子撞击后释放伽玛射线的元素则有铁、钛、氧、硅、铝、镁和钙。铀、钍和钾特别是在克里普矿物(KREEP)的分布区被找到;KREEP是一种含有钾、稀土元素、磷的矿物,可能是在月球的月壳和上部月函形成的晚期形成的。GRS 也可以侦测快速(超热)中子以在月球上找寻水的存在。

伽玛射线的能量与释放的元素种类有关。铀、钍和钾的测定精确度是7% 到 15%、铁是45%、钛是20%、KREEP 则是15% 到 30%。GRS可以在高度约100 km(62 mi)和表面分辨率150 km(93 mi)的状态下绘制全月球表面的元素分布图[3]

中子光谱仪

中子光谱仪(Neutron Spectrometer, NS)的数据显示有水冰存在于月球极区的撞击坑内[4],预测的量约有30亿公吨。

中子光谱仪可以探测到可能存在于月球的极少量水冰。月球集区有些撞击坑是永远在阴影底下,没有太阳光照射,常年温度在摄氏零下190度左右。这些撞击坑可能可以收集从彗星和小行星来的水冰。中子光谱仪也可以探测来自太阳风的氢原子量。

热中子是被宇宙射线激发能量的高能中子。热中子如果撞击到氢原子将会失去大量能量。中子光谱仪侦测到的中子数量将可以推测出在月壳上的氢原子数量与分布位置。大量的氢原子可能是因为水的存在。

α 粒子光谱仪

α 粒子光谱仪(Alpha Particle Spectrometer, APS)在发射时五个感应面有一面损毁。此外,因为任务期间碰上太阳黑子活动高峰期,真正探测月球的数据被太阳干扰。 NASA曾经表示可以减去太阳活动造成的干扰,但实际上并没有获取任何有效的观测成果。

APS被设计用来探测自火星表面散逸出的。APS可侦测氡衰变时产生的α 粒子和衰变后产生的。在月球表面可能有气体氡、氮和二氧化碳从月表下的缝隙溢出,被认为是月球极稀薄大气层的气体来源;有人推测这是低活动性的火山或板块运动造成。相关数据也许可以帮助我们了解月壳的构造。

多普勒重力实验仪

多普勒重力实验仪(Doppler Gravity Experiment, DGE)是第一个绘制月球极区和低纬度区域重力场的任务。先前的克莱门汀号任务绘制的重力场图分辨率相对较低,月球勘探者号则可绘制约五倍分辨率的重力场图[5]。绘制高清晰度重力场图的效益是可以让长周期轨道更加稳定和更加的燃料利用效率。此外,该任务也被寄望可以让研究人员更加了解月球的起源和月核特性。多普勒重力实验仪在月球的前半球确定了三个新发现的质量瘤

多普勒重力实验仪的观测目的是要了解月球表面和内部的质量分布。观测方法是S-band电波到达地球时的多普勒效应,再转换成探测船的加速度。探测船加速度数据经处理后可以计算月球的重力场;尤其是月球表面的质量异常区域会影响探测船的轨道。计算月球表面和内部质量分布可以获得月球表面、岩石圈以及内部结构的信息。

该仪器是第一个在低轨道进行月球重力场测量的实验。因为该实验必须要配合电波的视线传播性质,只有前半球的重力场可使用多普勒效应测量出来。这个仪器是探测船进行S-band电波追踪的副产品,因此没有列出重量或功率的要求。该实验在球谐函数模式下测量月球前半球的重力场分辨率约200千米和5mGal。在延伸任务中,当探测船高度下降到50千米,以及之后的10千米时,预期分辨率提升到100千米甚至更高。

电子反射仪和磁力计

电子反射仪和磁力计(Magnetometer and Electron Reflectometer, MAG/ER)可以侦测月球表面异常磁场,而月球缺乏全球性的磁场。月球的全球性磁场太过微弱,无法明显改变太阳风的方向,但该仪器可以侦测月球表面的少量异常磁场。大约直径100千米大小的异常区被认为是“太阳系内所知道最小的磁层磁层鞘弓形激波[6]。因为月球表面的磁场异常区等因素,由太阳风带进月球表面沉积的氢分布并不平均,在磁场异常区周围秘度较高。因为氢原子密度分布密集区是未来可能的月球基地设置地点,这些信息对未来选择月球基地最好地点相当有用。

电子反射仪和磁力计试用来收集月球磁场的信息。月球没有全球性磁场,但在表面部分区域有弱磁场。这些地区性的弱磁场可能是月球全球性磁场的残余或者是撞击事件等地区性现象造成。该实验帮助研究人员画出月球表面磁场强度图和提供月球磁场来源的信息、对于月球表面矿物的分布作出可能的解释、测定月球核心的体积和组成、以及提供月球磁场的磁偶极子信息。

电子反射仪可以从测量发射光谱和电子运动方向了解磁场强度和位置。该仪器测量被月球磁场反射的太阳风内电子的螺旋角;越强的磁场可以使电子产生越大的螺旋角。仪器测量的精确度可以高达0.01nT,月球表面分辨率约3千米。磁力计可以分辨率100千米测量磁场的振幅和方向,当周围的等离子扰动最小的时候。

参见

参考资料

  1. ^ A. S. Konopliv, A. B. Binder, L. L. Hood, A. B. Kucinskas, W. L. Sjogren, J. G. Williams. Improved Gravity Field of the Moon from Lunar Prospector. Science. 1998, 281: 1476. doi:10.1126/science.281.5382.1476. .
  2. ^ Iron Distribution - Lunar Prospector. NASA. [2008-07-14]. (原始内容存档于2008-06-26). 
  3. ^ D. J. Lawrence, * W. C. Feldman, B. L. Barraclough, A. B. Binder, R. C. Elphic, S. Maurice, D. R. Thomsen. Global Elemental Maps of the Moon: The Lunar Prospector Gamma-Ray Spectrometer. Science. 1998, 281 (5382): 1484–1489. PMID 9727970. doi:10.1126/science.281.5382.1484. 
  4. ^ Neutron Spectrometer Results. NASA. [2008-07-14]. (原始内容存档于2008-05-31). 
  5. ^ Doppler Gravity Experiment Results. NASA. [2008-07-14]. (原始内容存档于2008-07-12). 
  6. ^ Magnetometer / Electron Reflectometer results. NASA. [2008-07-14]. (原始内容存档于2010-05-27). 

外部链接