月球科学概论PDF电子书下载

第1章　绪论 1

1.1　早期探测 1

1.1.1　第一次月球探测高潮 1

1.1.2　月球探测宁静期 2

1.1.3　对月球的主要科学认识 2

1.2　重返月球 4

1.3　月球资源与环境的开发利用前景 5

1.3.1　月球能源开发利用前景 5

1.3.2　月球金属矿产资源开发利用前景 6

1.3.3　月球表面特殊环境开发利用前景 7

1.3.4　月球基地 7

1.4　月球科学研究中存在的主要问题和展望 7

第2章　月球概述 12

2.1　月球与地月系 13

2.1.1　月球的运动 13

2.1.2　日、地、月相互关系 15

2.1.2.1　月相 15

2.1.2.2 日食和月食 16

2.1.2.3　潮汐——地球和月球的相互作用 19

2.2　月球的物理和化学特征 20

2.2.1　月球的物理特征 20

2.2.2　月球的化学特征 22

第3章　月球环境 24

3.1　地月空间与近月空间环境 24

3.1.1　辐射环境 24

3.1.1.1　太阳风 25

3.1.1.2　太阳宇宙射线 26

3.1.1.3　银河宇宙射线 28

3.1.1.4　月球辐射环境参数的计算 30

3.1.2　电离层环境 33

3.1.2.1　月球电离层存在的迹象和争议 33

3.1.2.2　月球电离层存在的可能性 34

3.1.3　大气环境 35

3.1.4　流星体环境 36

3.1.5　月球光学特征 38

3.1.5.1　月球反照率 38

3.1.5.2　月球光度模型 38

3.1.5.3　月光极化 40

3.1.5.4　月球物质反射光谱特性 40

3.1.6　月球射电特征 44

3.2　月球表面环境 46

3.2.1　月表温度和热流 46

3.2.1.1　月表温度 46

3.2.1.2　月表热流 46

3.2.2　月震 48

3.3　月球环境的影响效应 50

3.3.1　地月空间与近月空间环境的影响效应 50

3.3.1.1　辐射环境的影响 50

3.3.1.2　大气环境的影响 51

3.3.1.3　流星体撞击的危险性 51

3.3.2　月表环境的影响效应 51

3.3.2.1　地形地貌的影响 51

3.3.2.2　月壤特性和月尘环境的影响 52

3.3.2.3　月球表面温度的影响 52

3.3.2.4　月震的影响 53

第4章　月球的地形与地貌 56

4.1　地貌类型 56

4.1.1　月海与类月海（大型盆地） 56

4.1.2　月湾、月沼与月湖 58

4.1.3　撞击坑 58

4.1.4　高地、山脉和峭壁 64

4.1.5　月谷和月溪 64

4.2　地貌特征 65

第5章　月球化学 68

5.1　月球化学概论 68

5.2　月球的六类元素 69

5.2.1　月球的主量元素 71

5.2.1.1　月球的主量元素概论 71

5.2.1.2　主量元素形成的矿物和岩石 71

5.2.1.3　主量元素的丰度和相互关系 72

5.2.2　不相容痕量元素 74

5.2.2.1　月表物质中的不相容痕量元素的丰度 79

5.2.2.2　月球高地物质中的不相容痕量元素 80

5.2.2.3　月海中的不相容痕量元素 82

5.2.3　无规律性微量元素 82

5.2.4　亲铁元素 84

5.2.4.1　典型的亲铁元素Ir 85

5.2.4.2　其他亲铁元素 85

5.2.5　挥发性元素 88

5.2.6　太阳风注入元素 89

5.3　月球的化学成分 90

5.3.1　月壳的平均化学成分 90

5.3.2　月球的平均化学成分 91

第6章　月球矿物 95

6.1　概述 95

6.2　硅酸盐矿物 97

6.2.1　辉石 98

6.2.2　斜长石 102

6.2.3　橄榄石 104

6.2.4　其他硅酸盐矿物 106

6.3　氧化物矿物 109

6.3.1　二氧化硅矿物 109

6.3.2　钛铁矿 110

6.3.3　尖晶石 110

6.3.4　铬铁矿-钛铁晶石系列矿物 111

6.3.5　金红石（TiO2） 112

6.3.6　斜锆石（ZrO2） 112

6.3.7　钛锆铁矿 113

6.4　硫化物矿物 114

6.5　自然金属 115

6.5.1　铁和镍-铁 115

6.5.2　含钴的镍-铁金属 115

6.6　磷酸盐矿物 116

第7章　月球岩石 119

7.1　月海玄武岩 119

7.1.1　月海玄武岩类型及矿物组成 119

7.1.2　月海玄武岩的化学成分 120

7.1.3　月海玄武岩的成因 123

7.1.4　月海玄武岩中的钛铁矿资源 125

7.2　克里普岩 126

7.2.1　克里普岩的类型及矿物组成 126

7.2.2　克里普岩的化学成分 127

7.2.3　克里普岩在月面上的分布特征及其开发利用前景 129

7.3　高地岩石 130

7.3.1　高地岩石类型及矿物组成 130

7.3.2　高地岩石的化学成分 130

7.3.3　高地岩石的成因 133

7.4　月球角砾岩 134

7.5　月球岩石与地球岩石的比较 135

第8章　月球陨石 138

8.1　月球陨石的确认 138

8.2　月球陨石的命名和收集 140

8.3　月球陨石的分类 141

8.4　月球陨石的研究意义 145

8.4.1　月球陨石相当于整个月球表面的随机取样 145

8.4.2　月球陨石对月表撞击事件的记录 147

第9章　月壤 151

9.1　月壤的形成 152

9.1.1　月壤物质的主要来源 152

9.1.2　陨石和微陨石撞击对月壤的影响 152

9.1.3　月壤的多来源混合特征 154

9.2　月壤厚度及其分布特征 155

9.3　月壤的组成 157

9.3.1　组成月壤的基本颗粒 157

9.3.2　月壤的平均化学组成 157

9.3.3　月壤的平均矿物组成 159

9.4　月壤的物理力学性质 160

9.4.1　月壤的物理力学性质研究概况 160

9.4.2　月壤的粒度和粒形 160

9.4.2.1　粒度参数的定义与计算 160

9.4.2.2　月壤的粒度分布特征 162

9.4.2.3　月壤的颗粒形态 167

9.4.3　月壤的密度、相对密度、孔隙度 167

9.4.3.1　月壤的密度 167

9.4.3.2　月壤颗粒的相对密度 168

9.4.3.3　月壤的孔隙比和孔隙率 169

9.4.4　月壤的抗压和抗剪 170

9.4.4.1　月壤的压缩性 170

9.4.4.2　月壤的抗剪性 170

9.4.5　月表物质的电导率和介电性质 172

9.4.5.1　月表物质的电导率 172

9.4.5.2　月表物质的复介电常数 173

9.4.5.3　复介电常数与月球样品密度和化学成分的关系 178

9.5　月壤成熟度及其指标 178

9.5.1　平均粒径指标 179

9.5.2　Is/FeO比值指标 179

9.5.3　粘合集块岩含量 180

9.6　月壤中的太阳风组分和太阳历史记录 181

9.6.1　太阳辐射对月壤的影响效应 181

9.6.2　月壤中的稀有气体 184

9.6.3　月壤中的氮 185

9.7　月壤中的氦-3及其开发利用前景 186

9.7.1　D-3He聚变反应 186

9.7.2　地球和月球上氦-3的资源量 187

9.7.2.1　地球上氦-3资源贫乏 187

9.7.2.2　月球上氦-3的资源量估计 187

9.7.3　月球上氦气的抽取和3He/4He同位素的就地分离 188

9.7.4　能量偿还因子的比较 189

9.7.5　单位电价的比较 189

第10章　月球地质构造轮廓与月面历史 194

10.1　月球地质构造特征 194

10.1.1　月球表面的地质构造样式 194

10.1.1.1　断裂构造 194

10.1.1.2　褶皱构造 195

10.1.2　月面主要构造单元 196

10.2　月面月质分区概述 199

10.3　月球的地体构造 200

10.3.1　风暴洋克里普地体（PKT） 201

10.3.2　斜长质高地地体（FHT） 201

10.3.3　南极爱肯地体（SPA） 201

10.4　月面历史划分 202

10.4.1　哈巴科夫的月面历史划分 202

10.4.2　休迈克和哈克里的月面历史划分 202

10.4.3　几种月面历史划分的比较 203

10.5　月面历史分期 203

10.5.1　前雨海纪 203

10.5.2　雨海纪 204

10.5.3　风暴洋纪 205

10.5.4　爱拉托逊纪 205

10.5.5　哥白尼纪 205

10.6　月面历史分期与地球历史分期的对比 205

第11章　月球物理与月面测量 208

11.1　月球的重力场模型与内部结构 208

11.1.1　月球的重力场模型 208

11.1.2　月球的质量瘤 209

11.2　月球磁场 211

11.2.1　月球磁场的特征 211

11.2.1.1　月球样品的剩磁特征 211

11.2.1.2 球磁场的分布 212

11.2.2　月球磁场的形成与演化 212

11.3　月球的电导率与内部结构 213

11.4　月震与月球的内部结构模型 214

11.5　月球内部结构的演化模型 216

11.5.1　月表热历史与月球结构演化模型 216

11.5.2　月球初始呈层状构造的演化模型 217

11.5.3　月球内部的密度模式 218

11.6　月面测量 220

11.6.1　坐标系统 220

11.6.1.1　地面坐标系 220

11.6.1.2　协议地球参考系 220

11.6.1.3　协议惯性参考系（ICS） 221

11.6.1.4　地心坐标系 221

11.6.1.5　月心坐标系 222

11.6.1.6　星体坐标系 223

11.6.1.7　坐标系统之间的转换 223

11.6.2　月球坐标系 223

11.6.2.1　月球坐标系 223

11.6.2.2　月球椭球体 224

11.6.2.3　基准面 224

11.6.2.4　月球地理坐标系 224

11.6.3　月面测量控制网 225

11.6.3.1　控制网施测方法 225

11.6.3.2　月球控制网 227

11.6.4　时间系统及其转换 229

11.6.4.1　恒星时ST 229

11.6.4.2　世界时UT 229

11.6.4.3　历书时ET 229

11.6.4.4　原子时TAI 229

11.6.4.5　协调世界时UTC 230

11.6.4.6　GPS时间系统 230

11.6.4.7　动力学时-地球动力学时（TDT）和质心动力学时（TDB） 230

11.6.4.8　历元的取法和年的长度 230

11.6.4.9　TAI与UTC之间的转换 230

11.6.4.10　UTC到UT1的转换关系 230

11.6.4.11　格林尼治恒星时的计算 231

第12章　月球的起源与演化 234

12.1　太阳系起源的星子学说和地球的形成 234

12.1.1　星子学说的演变 234

12.1.2　内星云区星子的类型 235

12.1.3　地球的多阶段星子堆积模型 236

12.1.3.1　星子与行星的形成过程 236

12.1.3.2　地球的多阶段星子堆积模型 238

12.2　月球的起源假说 241

12.2.1　捕获说 241

12.2.2　共振潮汐分裂说 242

12.2.3　双星说 243

12.2.4　大碰撞分裂说 243

12.2.4.1　大碰撞分裂说的模型 244

12.2.4.2　月球某些化学组分的制约 246

12.2.4.3　大碰撞分裂模型对地球的意义 247

12.3　月球的演化历程 247

12.3.1　月球的地层年表 247

12.3.2　月球演化的阶段与重大事件 247

第13章　月球探测历程 251

13.1　月球探测概况 251

13.1.1　第一次探月高潮期间美国和苏联的月球探测 252

13.1.1.1　美国的月球探测 254

13.1.1.2　苏联的月球探测 258

13.1.2　月球探测的宁静期 261

13.1.3　月球探测的最新进展 262

13.1.3.1　美国最新的月球探测活动 263

13.1.3.2　欧空局的SMART-1号月球探测器 264

13.1.3.3 日本Hiten（飞天）号月球探测器 265

13.1.3.4　月球探测年表 265

13.2　各国近年的重返月球计划 273

13.2.1　美国近年的重返月球计划 273

13.2.2　俄罗斯的月球探测计划（Luna-Glob．计划） 275

13.2.3　欧空局未来的月球探测计划 275

13.2.4　日本的月球探测计划 276

13.2.4.1 Lunar-A（月球-A）探测器 277

13.2.4.2　SELENE（月亮女神）探测器 277

13.2.5　印度的月球探测计划——Chandrayaan-1（月神-1）探测器 278

第14章　月球样品 280

14.1　月表采样概况 280

14.1.1　Apollo系列月表采样概况 280

14.1.1.1 Apollo 11 280

14.1.1.2 Apollo 12 281

14.1.1.3 Apollo 14 281

14.1.1.4 Apollo 15 282

14.1.1.5 Apollo 16 283

14.1.1.6 Apollo 17 283

14.1.2 Luna系列月表采样概况 284

14.1.2.1 Luna 16 284

14.1.2.2 Luna 20 284

14.1.2.3 Luna 24 285

14.2　月球样品的采集、分类与编号 285

14.2.1　月球样品的采集 285

14.2.2　月球样品的分类与编号 287

14.2.3　月球样品的保存 288

14.2.3.1　保存月球样品的实验室环境 288

14.2.3.2　月球样品的保存装置 289

14.2.4　月球样品使用和分配情况 289

第15章　月球水冰的探测 292

15.1　Clementine号搭载的双基地雷达对月球水冰的探测 293

15.2　Arecibo地基雷达对月球水冰的探测 295

15.3 Lunar Prospector中子谱仪对月球水冰的探测 295

15.3.1 中子谱仪探测原理 297

15.3.2　中子谱仪探测结果 297

15.3.3　Lunar Prospector探测器撞击月表探测水冰存在的疑问 299

15.4　月球水冰的来源、前景与存疑 300

15.4.1　月球水冰的可能来源 300

15.4.2　月球水冰的前景 301

15.4.3　月球水冰的存在需要进一步探测来证明 301

第16章 中国月球探测的发展战略与科学目标 304

16.1　开展月球探测是我国航天活动发展的必然选择 304

16.2　我国月球探测工程的发展规划设想 306

16.2.1　月球环绕探测 307

16.2.2　月球软着陆探测与自动巡视勘察 307

16.2.3　月面自动采样返回 307

16.3　绕月探测工程 307

16.3.1　获取月球表面三维影像 308

16.3.2　分析月球表面有用元素含量和物质类型的分布特点 308

16.3.3　探测月壤特性 310

16.3.4　探测地月空间环境 311

16.4　月球探测二期工程科学目标分析 312

16.4.1　月表形貌与地质构造调查 313

16.4.2　月表物质成分分析 313

16.4.3　月球内部结构研究 313

16.4.4 日-地-月空间环境探测与月基天文观测 314

16.4.5　月表空间环境探测与研究 314

16.5　月球探测三期工程科学目标分析 315

16.5.1　探测区月貌与月质背景的调查与研究 315

16.5.2　月壤岩芯／月岩样品的采集并返回地面 316

16.5.3　月壤与月岩样品的实验室系统研究与某些重要资源利用前景的评估 316

16.5.4　月壤和月壳的形成与演化研究 316

16.5.5　月基空间环境和空间天气探测 317

附录（一）主要名词说明 319

附录（二）月球地名表 330