本文将小波多尺度分析引入月球重力场的研究,选取测量数据质量较好的月球近区作为实验区域,以"Clementine"探测器获得的自由空气重力异常作为原始数据对主要月海盆地进行了局部的重力异常分解,解释了月球内部基本分层结构,并利用主要月海盆地的实验结果分析了月海下部质量异常以及莫霍面的起伏形态,与已有研究成果进行比较证明了方法的适用性及结果的合理性.

日本探月卫星SELENE(KAGUYA)携带了14种仪器设备用于对月球进行多方面的测量,其中的3种设备用于对月球进行大地测量观测.这包括两个子卫星和一台激光高度计测量设备.这些设备所获得的科学成果主要包括:利用多普勒和同波束VLBI测量得到了精度为10m的精密轨道确定结果;利用四程多普勒测量首次获得了月球背面精确的重力场;首次获得了纬度高于86°区域的月面地形图;通过使用月球全球地形信息与月球全球重力场信息得到了全球重力异常分布图;获得了月壳厚度全球分布图以及月球南北极区光照率图.这些成果的取得进一步加深了人类对于月球的认识.

月球"质量瘤"是指具有等轴状、高幅值重力异常的撞击盆地区域,重力异常是高密度月幔物质隆起与月海玄武岩充填共同作用的结果。研究这种高密度物质异常成因、来源、空间展布特征以及"质量瘤"盆地的深部结构,可以推测其形成与演化历史。利用嫦娥一号激光测高数据与LP165P月球重力场模型计算获得月球布格重力异常,采用新的垂直圆柱体重力异常计算公式,模拟月海充填玄武岩与月幔隆起,使其模拟计算的重力异常与测量的相对布格重力异常相吻合。计算结果表明,月球正面月海区域"质量瘤"盆地充填的玄武岩较高地区域的厚,在典型"质量瘤"盆地的布格重力异常中,月幔隆起是主要因素。计算还发现雨海与澄海下部月壳厚度比正面其他盆地的厚,而且澄海区域的地形表现为中心突起,下部月幔呈一定凹形,推测由于风暴洋区克里普岩的存在使得该区域月壳内部温度高,物质流动性增强,演化后期月壳物质横向压力均衡调整导致月壳物质向盆地中心回流,使得盆地下部月壳增厚,月幔凹陷,盆地地表出现一定程度的抬升。

月球亚平宁山脉位于雨海东南侧,是月球上最大的山脉,其高差可达3000m以上.月球重力资料显示,跨越该山脉的重力异常剖面呈现明显的"深大断裂"特征.本文利用嫦娥一号获得的月表地形数据和Lunar Prospector获得的月球重力数据,通过模拟亚平宁山脉地区壳幔结构,分析了其重力异常成因,指出该地区有可能存在"岩石圈"断裂.结合月球热演化和反演的壳幔模型推断,距今38.5亿年前后,月球岩石圈可能存在横向运动和挤压,造成了该断裂的形成,山脉邻近区域特别是雨海盆地的岩石圈变形和岩浆填充对断裂演化起到主要作用.

月球布格重力异常是研究月球内部物质分布特征的重要参数.该文基于嫦娥一号激光测高数据,采用球坐标系地形校正方法,获得了最新的月球全球布格重力异常.讨论了南极Aitken(SPA)盆地形成时的天体撞击方向,认为SPA盆地是月球最大的质量瘤盆地.通过分析撞击盆地的布格重力异常,发现月球质量瘤盆地具有不同的特征.高地型质量瘤盆地高密度物质主要分布在浅部,为充填的高密度玄武岩质岩石,而平原型质量瘤盆地的高密度物质主要分布在深部,为上隆的高密度月幔物质.

本文阐述了利用分步最小二乘方法拟合视线加速度来确定月球重力异常的原理和计算步骤,并利用"LunarProspector"扩展任务实测的视线方向加速度数据计算了月球近区的重力异常.最后将计算结果和现今最高阶次的月球重力场模型LP165进行了比较和分析,得出标准差在纬度-75°75°范围内为±27.354 mGal,75°85°和-85°-75°范围内为±61.965 mGal的精度,从而验证了该解算方法的可行性和可靠性.

通过现有的最新月球重力场模型LP165P和GLGM2模型对月球重力场的特征进行了分析,计算了相应重力场的阶方差,给出了两种模型在月球外部空间不同高度上的重力异常分布图,分析比较了截断至不同阶次的月球重力场模型在不同高度上所反映的月球重力场的特征和差异.此外,利用GSFC NASA USA的GEODYNⅡ轨道分析软件模拟计算了不同高度处卫星的轨道变化,得出了在进行一定高度的轨道计算时,可以对重力场模型进行适当截断的结论.