月表撞擊坑分類體系及形態指標率定研究

任 靜,李玉紅（陜西師范大學旅游與環境學院,西安 710062）

月表撞擊坑分類體系及形態指標率定研究

任 靜,李玉紅
（陜西師范大學旅游與環境學院,西安 710062）

月表撞擊坑不僅是月球表面最明顯最典型的月貌形態單元，其形態特征、布局密度、分布區域是分析月球巖石構造、估算月表年齡、反演月壤厚度、恢復月球的起源和演化歷史的首選切入點。月表撞擊坑類別劃分研究，是認識月貌區域性差異的基礎，一直以來，都是月球科學研究的熱點。然而，由于研究的側重點不同，目前針對撞擊坑有很多劃分類別。因此，進一步梳理不同的劃分方法，有助于深入月貌科學研究。本文首先對人類月球探測成果及前人相關月表科學研究成果進行匯總，并對撞擊坑分類體系進行梳理，選取相關形態指標，對研究區撞擊坑不同類別特征指標差異進行分析。

月球探測;有效載荷;撞擊坑分類

1 引言

從月球表面地貌分析的角度，通過Apollo 時期以及近年來的月球探測獲得的大量遙感數據，許多學者從不同方面開展了研究。如樊世超、張伍等運用規則格網結合局部復雜地區基于TIN 的DEM建模方法對月球地貌環境的模擬，實現了月球表面DEM數據建模，并將其應用于中國月球軟著陸探測工程仿真系統中；周增坡等基于嫦娥一號獲取的遙感影像和DEM進行了月表形貌特征分析，發現月球平均高程為-742 m，最大高程點和最小高程點均位于月球的背面，月球表面相對平坦，月球高地的坡度值變化較大，月海坡度變化較小。

當今時代，科學技術不斷發展進步，衛星離開地球進入太空圍繞月球運轉，月球探測器精度的不斷提高，由于計算機大容量、高速度的特點，使得海量數據快速有效地被處理。運用計算機技術量化模擬復雜多變的地貌形態導致人們對于月表形貌特征分析從定性變成定量。本文主要是月表撞擊坑分類方法依據相關研究進行總結和概括。

2 月表撞擊坑形貌研究現狀

月球撞擊坑的宏觀分類及形態指標率定。由于撞擊坑是月表最主要的地貌特征構造單元，近些年對撞擊坑的研究較深入。本文主要從對撞擊坑的分類、識別、形態特征表達、揭示月球的演化特征等幾方面對近年來專家學者的相關研究進行總結和概括。

撞擊坑分類與撞擊坑提取緊密相關，為研究更好的適用范圍更廣的撞擊坑提取方法，首先要充分全面的認識撞擊坑的形貌特征，在大量觀測研究的基礎上進行合理分類，對不同類型的撞擊坑設計相適應的提取方法。本文中所收集的最早的撞擊坑分類體系確定是在1949年，由地面觀測數據對其進行分類。隨著繞月人造衛星的升空，以及探測器分辨率逐漸提高，目前中國嫦娥號所拍攝的月表影像分辨率已以米為單位，豐富的數據資料為我們更好地認識月球提供了可能。

Baldwin 1949年在The Face of the Moon一書中將月表撞擊坑依據邊界侵蝕程度分為影子型、廢墟型、邊界破損、邊界模糊、邊界清晰五種類型。

Wood 在 1976年 出 版 的New morphometric data for fresh lunar craters一文中對月表新鮮撞擊坑進行了詳細的分類，在21世紀以前被認為是最全的撞擊坑分類系統。從形態學和形態測量學的角度出發，考慮一級侵蝕程度，將分類體系（LPL crater types）以典型撞擊坑命名分為五類，TYC型、 TYR型、 SOS型、 BIO型、 ALC型。

ALC—（Albateginus C）又稱為“碗狀”撞擊坑，光滑的邊界，沒有坍塌斷裂。

BIO—（Biot）:指相對較小，底面平坦的撞擊坑，和ALC型撞擊坑具有相似的形貌特征及半徑范圍，但這類型撞擊坑具有平坦的地面以及斜坡與坑壁間有明顯的斷裂。

SOS—（Sosigenes）:相對比較淺而寬，坑底平坦；直徑在5-30KM之間，SOS型撞擊坑相比BIO型坑底更寬。

TRI—（Triesnecker）:具有典型的扇形墻壁的撞擊坑，直徑在15-50KM之間，稍有棱角或者扇形邊界。

TYC—（Tycho）:擁有多層環形峰，邊緣破損嚴重，坑底相對平坦，直徑在30-175KM之間。

Florensky在 The relationship between lunar crater morphology and crater size.一文中基于Lunar Orbiter和Zond-8影像，選取新鮮的撞擊坑作為研究對象，以驗證撞擊坑半徑大小和其地貌變化的關系，以便對撞擊坑進行分類。新鮮撞擊坑的確定是根據坑唇的銳度，內壁的陡峭程度。作者將這些撞擊坑分為：（1）Schmidt型（2）Dawes型（3）R?mer型（4）Tycho型（5）Copernicus型 和（6）Plato型。Schmidt型撞擊坑呈簡單的碗狀。直徑在幾米到幾百米的范圍內，坑唇突出，坑壁逐漸與坑底連接，沒有明顯的分界。

1991年在A User’s Guide to the Moon一文中根據撞擊坑形態，Heike將撞擊坑分為碗型的小型撞擊坑、具中央峰的較大型撞擊坑、具多環盆地的巨型撞擊坑三類。簡單撞擊坑普遍呈碗狀，有凸起的邊緣，相對較小，坑底平坦（Smith and Sanchez, 1973）。他們有光滑的邊緣坡度較小，隨著直徑的增大，大量巖石和風化層跌入坑底簡單撞擊坑逐漸變成扇形的墻壁。最好的例子是東方盆地，一部分被熔巖淹沒了。由直徑定義的各種撞擊坑形狀，工人可以區分開來，依據詳細的檢測標準和數據集。

2014年程維明在“月表形貌特征研究進展及趨勢分析”一文中按照形態和規模相結合的比對指標將撞擊坑分為月海殘留型、特大復雜型、大環狀平原型、中等凹坑平原型、小規模碗型、微狀酒窩型六類。

3 撞擊坑形態指標率定

該部分首先要手工矢量化月表撞擊坑，結合剖面圖，對其進行量算，計算各撞擊坑徑深比、坑唇直徑坑底直徑比值，圓度，結合目視解譯的，得出不同類別撞擊坑參數特征。

3.1 數據來源及研究區域

該研究所用數據為由美國LRO探測器上LOLA—月球軌道飛行器激光測高儀獲得的圖像數據制成的DEM模型，空間分辨率為118.45m。相比利用嫦娥一號上的激光高度計獲得的數據制作的DEM模型500m的空間分辨率要精確很多，是目前可以獲得的較高精度月表DEM數據。

研究區為月表北緯15-30，經度30-60之間的區域。如圖1。

3.2 月表撞擊坑形貌指標

本研究選取三個特征參數對研究區月表撞擊坑特征進行描述，結合Wood的撞擊坑分類體系進行分類，得出不同類別撞擊坑的參數特征。

利用“深徑比”來刻畫撞擊坑的陡峭程度，進一步推斷撞擊坑的年齡；

圖1 人工矢量化提取研究區撞擊坑分類

圖2 不同類別撞擊坑徑深比

由圖2可知，從ALC型到TRI型撞擊坑總體趨勢是徑深比逐漸減小，即撞擊坑坑壁陡峭程度逐漸降低，撞擊坑越來越平坦，表明撞擊坑受重力侵蝕等影響越大，坑壁破損程度越大，撞擊坑年齡越老。特別是TRI型，撞擊坑接近平坦。四類撞擊坑在該參數上的呈規律性遞減，故徑深比是區分四類撞擊坑的重要依據。

圖3 不同類別撞擊坑坑口坑底直徑比

圖3中，ALC型撞擊坑與另外三種類型在該參數上有明顯的差異；ALC型撞擊坑口坑底直徑比相對較大，撞擊坑“錐體截斷”程度相對較小，撞擊坑年齡相對較小。BIO型撞擊坑該參數平均值要大于另外兩種類型。可以用該參數將ALC型撞擊坑明顯區分出來。具體區別看圖4。

4 結論與討論

本文首先對人類月球探測及前人月表科學研究成果進行總結，為后續研究做鋪墊。

月表撞擊坑作為月球表面最主要的地貌特征，月表撞擊坑類別劃分研究，是認識月貌區域性差異的基礎，故本文又對經典的月表撞擊坑分類體系進行了梳理。

為更全面的認識月表撞擊坑形貌特征，本文基于LRO影像，以月表緯度帶北緯15-30經度帶30-60的區域為研究區，以Baldwin的撞擊坑分類體系為參照，選取徑深比、坑口坑底直徑比、圓度三個常用的月表形態指標參數為依據，對不同類別的撞擊坑進行規律分析。發現坑口坑底直徑比能很好的將ALC型撞擊坑區分出來;而對于徑深比參數從ALC型到TRI型撞擊坑有明顯的遞減的趨勢;圓度參數可明顯區分ALC型與TRI型撞擊坑。

圖4 典型撞擊坑剖面

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[2]樊世超,賈陽,向樹紅,等.月面地形地貌環境模擬初步研究[J]．航天器環境工程,2007,24（1）:15-20.

[3]張伍,黨兆龍,賈陽.月面數字地形構造方法研究[J].航天器環境工程，2008，25（4）：301-305.

[4]周增坡,程維明,周成虎,等.基于“嫦娥一號”的月表形貌特征分析與自動提取[J].科學通報,2011,56（1）:18-26.

任靜（1994-），女，山東德州人，大學本科，研究方向:地理信息系統,自然地理學。