引言
月球Korolev峰环盆地（4.0°S, 157.4°W）是一个直径437 km的酒海纪（3.85~3.92 Ga）盆地，位于月球背面斜长质高地地体和全月地形最高的区域内。Korolev与正面月震巢A-1对趾，位于一个叶状陡坡附近，是美国月球地球物理网络（Lunar Geophysical Network，LGN）任务计划开展地物测量的唯一的月球背面着陆点。因此，Korolev盆地表面物质的微波热辐射特性研究可以为LGN任务的开展提供新的重要科学参考。
图1 Korolev区域月球勘测轨道器相机广角相机影像
现有研究成果
目前，对Korolev盆地的研究集中在月表矿物成分和深部结构特征方面：
- Hawke等利用Galileo和Clementine任务数据，在Korolev盆地内环发现了暴露的纯斜长岩（斜长石含量>90 wt.%）
- Yamamoto等基于Kaguya光谱分析仪数据，在盆地东北部也发现了纯斜长岩，且其分布与小型新鲜撞击坑有关
- Lemelin等基于Kaguya多波段成像仪数据，发现盆地内环由85%的纯斜长岩和15%的钙长/辉长斜长岩组成
- 基于月球重力场数据，研究表明Korolev盆地存在质量瘤，表现为中心高周围低的重力场特征
微波辐射计数据的优势
在月球科学研究中，嫦娥1、2号卫星微波辐射计在轨测量了月壤的微波亮温，为研究月球表面提供了除常用的光学、热红外和雷达数据之外的第四种方法。微波辐射计数据具有以下优势：
- 对月壤的温度和成分敏感，能够反映浅层月壤的热辐射性质
- Korolev盆地位于赤道的高地地区，表面成分分布均匀，受亮温随纬度变化和地形起伏的影响有限
- 可以更好地突出表面物质的热辐射性质，有助于发现异常区域
- 不同频率的微波辐射计数据对应不同的穿透深度，可以提供月壤垂直方向上的信息
Meng等利用嫦娥2号卫星微波辐射计数据初步研究了Korolev盆地的亮温表现，提出该地区存在微波热异常。本研究在前人研究的基础上，系统分析了Korolev盆地表面物质的热辐射性质，采用四象限分析和剖面分析方法，确认了Korolev盆地的微波热异常；结合FeO和TiO2含量、岩块丰度、放射性元素含量和布格重力数据，探讨了Korolev盆地微波热异常的成因机制；结合斜长石含量，分析了Korolev盆地低亮温异常的可能成因。
数据源与处理方法
本研究基于多源数据开展对月球Korolev盆地表面物质微波热辐射特性的研究，主要包括嫦娥2号卫星微波辐射计数据、Clementine UV/VIS数据和LRO Diviner数据。
图2 基于嫦娥2号卫星微波辐射计数据研究月球Korolev盆地的技术路线
Clementine UV/VIS数据
FeO和TiO2含量对微波亮温有着极为显著的影响。本研究采用Lucey等提出的方法，基于Clementine UV/VIS数据反演了Korolev盆地的FeO和TiO2含量。
FeO含量计算公式：
NFeO = 17.427 × [arctan((R950/R750 - 1.19)/(R750 - 0.08)) - 7.656]
TiO2含量计算公式：
NTiO2 = 3.708 × [arctan((R415/R750 - 0.42)/R750) + 5.979]
LRO Diviner数据
岩块丰度被广泛认为是月表热红外数据热异常的主要原因，同时也是影响月表微波热辐射的关键因素。本研究采用Bandfield等提出的方法，基于LRO Diviner数据反演了Korolev盆地的岩块丰度。
该方法通过以下步骤反演岩块丰度：
- 基于一维热模型模拟岩块温度，转换为岩块辐射亮度
- 根据预设月壤温度得到月壤辐射亮度
- 根据岩块面积分数加权计算得到模拟辐射亮度
- 通过最小化模拟与实测辐射亮度的误差确定岩块丰度
嫦娥2号微波辐射计数据
嫦娥2号微波辐射计在4个频率（3、7.8、19.35和37 GHz）测量月球表面的微波亮温，对应的穿透深度约为1.0~2.0 m、38.5~77.0 cm、15.5~31.0 cm和8.1~16.2 cm。
数据处理步骤包括：
- 数据整合、时角计算和异常数据点剔除
- 基于Delaunay四面体剖分的重心插值方法建立适时月表亮温模型
- 生成亮温图（TB）和亮温差图（dTB）
- 四象限分析和剖面分析
研究区域基本特征
(FeO+TiO2)含量分布
研究区的(FeO+TiO2)含量约为2.82~9.96 wt.%，符合月球高地的物质成分分布特征。Korolev盆地内87%区域的(FeO+TiO2)含量介于4~6 wt.%，变化量仅为2 wt.%，表明盆地内表层物质成分分布均匀。
岩块丰度分布
Korolev盆地西南部Crookes撞击坑（10.4°S, 165.1°W）有着研究区最大的岩块丰度，另一处比较明显的岩块分布位于盆地北部（1.1°N, 159.5°W）。统计结果表明，Korolev盆地内99%区域的岩块丰度不超过0.005。
图3 Korolev区域的(FeO+TiO2)含量图和岩块丰度图
亮温图（TB）直接反映月表物质在不同频率微波下的辐射特性，而亮温差图（dTB）则能够更好地揭示月壤垂直方向上的温度梯度：
- 正亮温差（dTB > 0）：表示高频亮温大于低频亮温，月壤温度随深度降低，对应白天的典型情况
- 负亮温差（dTB < 0）：表示低频亮温大于高频亮温，月壤温度随深度升高，对应夜间的典型情况
- 异常亮温差：当区域的亮温差与周围环境明显不同时，可能指示该区域存在特殊的热物理特性或物质成分
主要发现总结
微波热异常
Korolev盆地中部和西北部存在微波热异常，表现为白天和夜间亮温均高于周围区域
低亮温异常环带
盆地内环存在白天和夜间亮温均低于周围区域的低亮温异常环带
未识别岩块
盆地西部存在未被热红外数据识别到的岩块，表现为微波亮温特征受岩块影响
讨论
基于上述研究结果，本节对Korolev盆地的微波热异常及其地质意义进行深入讨论。
4.1 微波热异常的成因机制
Korolev盆地中部和西北部的微波热异常可能与以下因素有关：
放射性元素富集
Korolev盆地底部很可能存在放射性元素富集，这些元素（如Th、U、K）的放射性衰变产生热量，导致盆地中部的微波热异常。
质量瘤影响
布格重力数据显示Korolev盆地中央峰环内存在明显的正布格重力异常，证实了质量瘤的存在。这种深部结构可能对热传导产生影响，导致表面热异常。
表面Th元素含量与深部差异
研究发现表面Th元素含量不能代表月壳深部的Th元素含量，表明月球热演化过程中，放射性元素的分布可能经历了复杂的变化。
4.2 低亮温异常环带的成因
Korolev盆地内环的低亮温异常环带可能与以下因素有关：
纯斜长岩暴露
撞击事件将纯斜长岩挖掘至盆地表面，多项研究证实Korolev盆地内环存在暴露的纯斜长岩（斜长石含量>90 wt.%）。
斜长岩的热物理特性
纯斜长岩的热物理特性（如低介电常数、高热惯量）导致其微波亮温低于周围区域，形成低亮温异常环带。
撞击过程的影响
撞击过程中的物质挖掘和重新分布导致盆地内环的物质成分和结构与周围区域不同，进而影响其热辐射特性。
在Korolev盆地西部发现的未被热红外数据识别到的岩块具有重要科学意义：
- 微波和热红外数据对岩块尺寸的敏感性不同，微波可以探测到热红外未能识别的特定尺寸岩块
- 这一发现表明微波辐射计数据可以作为热红外数据的重要补充，提供更全面的月表物质信息
- 这些岩块的存在可能与局部的地质过程有关，如小型撞击事件或月表物质的差异风化
- 对这些特殊岩块的研究有助于更全面地理解月球表面的物质组成和演化历史
Korolev盆地的微波热异常研究对理解月球热演化具有重要启示：
月球早期热演化
Korolev盆地底部放射性元素的富集可能与月球早期岩浆洋结晶过程中不相容元素的分异有关，这为理解月球早期热演化提供了新的证据。
月壳结构不均匀性
表面Th元素含量与深部差异表明月壳结构存在明显的垂直不均匀性，这可能是月球演化过程中复杂地质活动的结果。
结论
本研究基于嫦娥2号卫星微波辐射计数据，系统分析了Korolev盆地表面物质的热辐射性质，得出以下结论：
- 利用四象限分析和剖面分析方法，发现和确认Korolev盆地中部和西北部存在微波热异常，表现出与Compton-Belkovich区域相似的特征。
- 发现盆地内环存在低亮温异常环带，白天和夜间亮温均低于周围区域。
- 发现盆地西部存在未被热红外数据识别到的岩块，表明微波辐射计数据可以作为热红外数据的重要补充。
- Korolev盆地底部很可能存在放射性元素富集，且表面Th元素含量不能代表月壳深部的Th元素含量。
- 撞击事件将纯斜长岩挖掘至盆地表面，导致低亮温异常环带的形成。
本研究结果为进一步研究月背高地的热状态和浅层月壳的热活动现状提供了新的重要科学参考。未来研究方向包括：
- 结合更多探测数据，进一步研究Korolev盆地的热异常特征及其时空变化
- 深入探讨月球背面高地区域的热状态与前面区域的差异
- 为美国月球地球物理网络（LGN）任务提供更多科学参考，支持在Korolev盆地开展地物测量
- 探索月球浅层月壳热活动与深部结构的关系，进一步完善月球热演化模型