嫦娥四号五号着陆区撞击坑普查

2021/07/13 |编辑|

    撞击坑是月球表面一种非常重要的地貌,对于撞击坑的研究有助于揭示月球的地质历史、月球浅表层的物质成分和结构以及月球表面改造作用等地质特性。例如,撞击坑大小-频率的分布关系是目前月球以及其他类地行星表面地质定年的基础,撞击坑直径和深度间的关系可以辅助分析撞击靶区的物质属性、撞击坑的退化速度和退化程度等。利用已经获取的大量月球遥感数据,我们从多尺度对嫦娥四号、嫦娥五号着陆区的撞击坑进行了分析。

1. 嫦娥四号着陆区撞击坑的提取与分析

    在嫦娥四号着陆区(176.4°E-178.8°E,45°S-46°S),我们选择不同的影像和地形数据来对着陆点附近三个不同尺度的撞击坑进行提取和深度分析。(1)在着陆区周围较大范围,利用100幅光照和质量良好的LRO窄角相机高分辨率制作正射影像产品,在此基础上提取了直径在百米以上量级的撞击坑4333个,求解得到该撞击坑数据集的完整性直径为127m,其中直径127m以上的撞击坑的数量为2298个(图1中红色标记)。(2)对于着陆点附近3.2km×3.0km的区域,使用LRO窄角影像和窄角影像生成的地形产品提取所有可量测的撞击坑,共提取得到11787个撞击坑,计算得到该数据集的完整性直径为9m,对应的撞击坑数量为5108个(图 2中红色标记)。

图 1 嫦娥四号着陆区LRO窄角相机影像正射影像图及提取的撞击坑(白色“+”为着陆点)


图 2 嫦娥四号着陆点附近3.2km×3.0km区域内撞击坑提取结果图


2. 嫦娥五号着陆区撞击坑的提取与分析

    嫦娥五号是我国的首次月球采样返回任务,其获取的样品的地质年龄可以进一步优化目前广泛使用的月球撞击坑年代曲线。为了使优化结果可靠,我们花费数月时间利用目前最高分辨率的轨道影像制作了底图。经过仔细筛查,我们从2000多幅影像中精心挑选了质量较好、太阳高度角近似一致的765幅影像,开发了专门的大区域高分辨无缝制图技术,制作了1.5m分辨率的全区无缝正射影像图,它共有224721列×44945行,覆盖范围为413.8km×121.4km,并且已经与SLDEM2015月球高程产品相配准。这个高分辨率正射影像图就成为了我们开展撞击坑普查的工作底图。

    经过数月的持续工作,我们共识别和提取了174297个撞击坑,其中直径大于100m的有140796个,直径大于200m有32277个,它们能够满足撞击坑完整性直径的分析,这部分撞击坑也被用在后面的统计分析中。另外,为了和嫦娥五号样品所代表的地质单元的年龄相吻合,我们采用了Qian et al. (2018)的地质单元划分结果。图3显示了我们提取的撞击坑。

图3 嫦娥五号着陆区LRO窄角相机影像正射影像图及32277个直径大于200m的撞击坑


    有了这些撞击坑,接下来就可以做一些统计分析工作了。表1列出了这9个地质单元的年龄以及相应的N(1)值,它表示直径大于1km的撞击坑的累积分布规律,它可以优化多年前建立的撞击坑年代曲线,尤其能够填补早期数据中的空白部分,因此嫦娥五号采样返回工程将在这方面具有极高的价值。

表1 研究区9个地质单元的年龄以及相应的N(1)值


 

附相关文章:


Jia, M., K. Di, Z. Yue, B. Liu, W. Wan, S. Niu, J. Liu, W. Cheng, Y. Lin, 2021. Multi-scale morphologic investigation of craters in the Chang’e-4 landing area,Icarus, 355, 114164.

Jia, M., Z. Yue, K. Di, B. Liu, J. Liu, G. Michael, 2020. A catalogue of impact craters larger than 200 m and surface age analysis in the Chang’e-5 landing area,Earth and Planetary Science Letters, 541, 116272.

Di, K., M. Jia, X. Xin, J. Wang, B. Liu, J. Li, J. Xie, Z. Liu, M. Peng, Z. Yue, J. Liu, R. Chen, C. Zhang, 2019. High-resolution large-area digital orthophoto map generation using LROC NAC images,Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 85, 481-491.

   

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