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嫦娥:第一幅月面图像的故事

(2007年12月29日 20:06:31)
来源:中国国家天文

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嫦娥:第一幅月面图像的故事
飞行效果图

  “嫦娥应悔偷灵药,碧海青天夜夜心。”这是著名诗人李商隐吟诵嫦娥的千古名句。今天,当“嫦娥一号”卫星一举冲天、环绕月球之时,这一名句显得黯然失色。“嫦娥应喜中华盛,皓月天宇尽遨游”,诗人如果得知中国今日之盛举,定会改写如斯。

  2007年10月24日18时05分,中国首颗月球探测卫星“嫦娥一号”从西昌卫星发射中心腾空而起,在经过近二十天的飞行后,于11月7日准确进入了预定的环月工作轨道。经过了十来天的卫星调姿、链路测试等工作,在11月20日开始了对月球的科学探测。11月26日,国务院总理温家宝为“中国首次月球探测工程第一幅月面图像”揭幕,标志着我国绕月探测工程首战告捷。

  第一幅月面图像的定义

  第一幅月面图像是“嫦娥一号”卫星进入环月轨道后,由CCD立体相机获取的图像数据经过处理制成。图像的表现形式分为两大类,一类为平面图像,指的是原始数据经过信道、辐射校正、图像增强等处理后,得到的可以反映月球表面特征的二维平面图像;第二类是立体图像,即在二维平面图像基础上,经过摄影测量等处理后得到的可反映其地形地貌和高程特征的三维立体图像。

  第一幅月面图像的诞生

  当“嫦娥一号”卫星飞临的星下点地区光照情况符合成像条件时,CCD立体相机在地面遥控下开始工作,对所经过的区域进行三线阵推扫拍摄。所获取的月面影像数据由国家天文台设在北京密云和云南昆明的两个地面接收站负责接收,并直接发送到国家天文台总部。

  “嫦娥一号”卫星获得的第一轨图像,是从北京时间2007年11月20日16时49分开始的,起始位置位于月球正面东部靠近南极的地区,经纬度位置为东经82.98度,南纬67.43度,图像宽度约为60千米,长度约为3253千米。

  第一幅月面图像是自20日至21日期间所获取的19轨图像数据,经过分析、处理、优化拼接而成的二维平面图像。在此基础上,匹配了部分区域形成了三维立体图像。

  月表平面图像的处理、编制过程主要包括以下步骤:

  第一步,利用原始数据,进行信道处理、提取CCD立体相机源包数据;然后通过排序、去重复、拼接,形成该有效载荷某次过境的最优源包数据,对优化后的源包数据进行解包;

  第二步,对已解包的数据进行物理量转换和格式重整处理,形成前视、中视和后视三条线阵的数据图像;

  第三步,利用正样相机定标数据,消除相机光、机、电等系统误差的影响,进行辐射定标处理后,得到二维图像。在此基础上,根据图像质量分析,进一步进行包括去除噪声、滤波、对比度拉伸、亮度调整等图像增强处理,最终形成二维平面图像。

  月面三维立体图像是在二维平面图像的基础上,采用前视、中视和后视三个不同视角的二维平面图像,结合相机成像的几何、卫星轨道及姿态参数等辅助数据,经过摄影测量数据处理、三维建模、渲染制作而成。

  第一幅月面图像承载的信息

  中国首次月球探测工程第一幅月面图像共由19轨图像拼接而成,位于月表东经83度到东经57度,南纬70度到南纬度54,图像幅宽约280千米,长约460千米。图像覆盖区域属月球高地,主要由斜长岩组成,分布有不同大小、形态、结构和形成年代的撞击坑。右上部暗色区域有玄武岩覆盖。此图像中右侧60千米宽的条带,就是CCD相机开机获得的第一轨图像。

  第一幅月面图像的意义

  第一幅月面图像的获得,表明中国绕月探测工程从卫星的发射、绕地、奔月、绕月、科学测探以及探测数据的接收与处理各个过程都已实施,工程的各大系统也已得到了验证,而后续的科学探测、数据的处理特别是科学研究还将持续很长的时间。因此,第一幅月面图像的获得是工程成功最为关键的节点和重要标志,表明绕月探测工程的工程目标已经实现,展示了中国已具备月球探测的能力。

  未来工作展望

  当全国上下还沉浸在第一幅月面图像成功发布的喜悦中时,“嫦娥”背后的科学家们早已进入了下一步的工作日程,等待他们的是月球探测一期工程四大科学目标的逐一实施,是继续抖擞精神,攀登月球科学研究的新高峰:

  在月球地形地貌的研究上,要获取全月球三维立体影像,进行月球地形地貌、表面年龄、地质构造和演化历史的研究,刻画月球的地貌-地质-动力学模式,以建立全球与局部互为融合的月表形貌和地质构造的月球概念模型,可望实现在国际同类探测与研究领域中的突破与创新。

  在月面元素与矿物的研究上,通过研究化学元素的含量和分布特征,来反演月球的演化过程,分析、研究月球的整体化学成分与化学演化历史。在月球资源开发这一探月最关键的原动力推动下,并鉴于目前对月面资源性物质探测与研究力度不足的现状,中国首次月球探测将重点放在研制关键性和资源性元素、矿物质的月面分布图上,以便为月球的开发利用和“月球基地”的选址提供有价值的数据和依据。

  在月壤特性与厚度的研究上,将利用微波辐射探测系统,探测月壤微波辐射特性、获取月壤亮温数据、反演月壤厚度,并估算月壤中的氦3资料量。这是中国首次提出、国际上至今也未开展过的全面月壤厚度遥感探测任务,也是“嫦娥工程”在科学上的创新性与特色性的目标之一。

  在近月空间环境的研究上,利用卫星能够在地球向阳面探测到行星空间原始状态这一特性,灵敏地监测太阳风的扰动和磁尾空间环境的变化,进一步探测太阳宇宙线高能带电粒子和太阳风等离子体及其与月球的相互作用。这一目标无论是对科学理论与应用研究,还是对保障地球和人类自身安全来说,都有重大的实际意义,同时也是中国继近地空间环境探测之后迈向行星际探测的第一步。

  第一幅月面图像的诞生是中国绕月探测工程圆满成功的重要标志,但这仅仅是实现中华民族“上九天揽月”的开始。“嫦娥一号”卫星正在实现着中华民族千百年的梦想,“嫦娥一号”的一小步,推动了中华民族的一大步。让我们衷心祝福中国探月一期工程再创科学研究的新辉煌,并期待在不久的将来,顺利实施探月二期、三期工程,再谱“谈笑凯歌还”的新篇章。



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