中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地大熱能：基于“嫦娥四號”探測器對月球背面表層月壤溫度的就位測量結(jié)果，我校行星科學(xué)研究所、澳門科技大學(xué)月球與行星科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，以及中國空間技術(shù)研究院的研究人員合作，利用新研發(fā)的數(shù)值模型，詳細(xì)分析了著陸點(diǎn)表面月壤的溫度和熱物理性質(zhì)，得到了該地月壤顆粒的平均粒徑（約15微米），以及月表和月壤內(nèi)1m深處的月壤熱導(dǎo)率。

近日，相關(guān)成果發(fā)表于《國家科學(xué)評論》，共同第一作者為我校地球科學(xué)學(xué)院博士生肖瀟和澳門科技大學(xué)俞碩然博士，通訊作者為我校地球科學(xué)學(xué)院教師黃俊。這是人類首次利用就位探測數(shù)據(jù)揭示月球背面月壤的熱物理性質(zhì)，為全月月表熱物理性質(zhì)的遙感分析提供了新的“地面真值”。

2019年1月3日，中國嫦娥四號探測器成功著陸月表并開展巡視探測。這是人類第一個(gè)在月球背面進(jìn)行就位探測的航天器。嫦娥四號著陸器首次在月球背面對月壤溫度進(jìn)行了就位測量。在嫦娥四號著陸器上的兩根月球車導(dǎo)軌的末端底部，安裝了四個(gè)與月壤直接接觸的溫度計(jì)，每900秒測量一次月壤的溫度，測量精度為0.3K。

嫦娥四號著陸點(diǎn)著陸后第三個(gè)月的月壤溫度。（a）彩色圓點(diǎn)分別表示四個(gè)溫度計(jì)測量的溫度。（b）正午附近時(shí)溫度的變化特征。

基于嫦娥四號探測器對月球背面表層月壤溫度的就位測量結(jié)果，該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，白天月壤的溫度主要受太陽輻射和周圍環(huán)境熱輻射的影響。日出后月壤溫度快速上升，正午附近時(shí)溫度達(dá)到最大值。正午之后溫度開始下降，在傍晚附近溫度急劇下降。夜間月表溫度的變化主要受月壤的熱物理性質(zhì)影響，溫度緩慢下降。在月球當(dāng)?shù)貢r(shí)間正午附近時(shí)，四個(gè)溫度計(jì)的測量溫度突然降低，而后急劇上升。這些溫度變化與著陸器的陰影運(yùn)動相關(guān)。

嫦娥四號著陸點(diǎn)月壤粒徑為15μm的溫度、密度和熱導(dǎo)率剖面圖。（a）從月表到1米深度的最小、平均和最大溫度的剖面圖。（b和c）從月表到1米深度的密度剖面圖和熱導(dǎo)率中的熱傳導(dǎo)分量剖面圖，對應(yīng)圖3a的最小、平均和最大溫度。

該研究使用的數(shù)值模擬方法主要是根據(jù)夜間月壤的表面溫度變化計(jì)算熱導(dǎo)率。與實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)相比，保持了月壤的原始堆積方式。研究結(jié)果顯示嫦娥四號著陸點(diǎn)的月壤顆粒最優(yōu)平均粒徑為15微米。月壤的溫度變化在0.4米以下可以忽略不計(jì)（圖3a）。月壤熱導(dǎo)率中的熱傳導(dǎo)分量在表面約為1.53×10-3W/(m·K)，在1 m深處約為8.48×10-3W/(m·K)（圖3c）。這些物理性質(zhì)都表明了月壤具有非常好的隔熱性。未來在月球極區(qū)建立月球基地，月壤可以作為基地表面的隔熱材料。

據(jù)悉，該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、民用航天預(yù)先研究項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金和澳門科學(xué)技術(shù)發(fā)展基金的支持。