月球撞擊閃光觀測研究進展

曹 莉，王 慎

(1. 中國科學(xué)院 國家天文臺，北京 100101； 2. 國家航天局 空間碎片監(jiān)測與應(yīng)用中心，北京 100101；3. 中國科學(xué)院 空間天文與技術(shù)重點實驗室，北京100101)

1 引 言

月球撞擊閃光是流星體高速撞擊月球表面產(chǎn)生的閃光現(xiàn)象。小行星或彗星撞擊月球表面產(chǎn)生的隕石坑是典型的月貌特征，時至今日依然不斷有流星體撞擊到月球表面。由于月球沒有大氣層，所以這些流星體在與月面發(fā)生超高速撞擊之前不會被空氣減速，即使很小質(zhì)量的流星體都會直接撞擊到月球表面并產(chǎn)生閃光現(xiàn)象。約一個世紀前，Gordon[1]就討論了夜晚從地面觀測到流星體撞擊月球陰影區(qū)形成的閃光的可能性，他質(zhì)疑為什么從來沒有報道已有人觀察到這種事件，并希望天文學(xué)家給出答案。實際上月球瞬變現(xiàn)象(Lunar transient phenomenon, LTP)中的一部分就來源于流星體撞擊月球表面，但由于大多是個別人的目視觀察結(jié)果，難以得到確認。1953 年Stuart[2]用照相方式觀測到一次月球表面的閃光現(xiàn)象，他將此歸結(jié)為一個大的流星體撞擊了月球表面，Buratti 和Johnson[3]從克萊門汀號任務(wù)(Deep Space Program Science Experiment, DSPS)的圖像中找到了該次撞擊對應(yīng)的新隕石坑，該隕石坑直徑為1.5 km。1972 年，阿波羅17 號的宇航員哈里森·施密特(Harrison Schmitt)在月球軌道上目視觀察到一次疑似的流星體撞擊月球產(chǎn)生的閃光[4]，該流星體可能屬于雙子座流星雨。

Melosh 等人[5]分析認為，流星體高速撞擊月球表面會產(chǎn)生等離子羽流和光學(xué)輻射，從地面上可以觀測到直徑小于1 m 的流星體撞擊月球產(chǎn)生的上述效應(yīng)。Ortiz 等人[6,7]分別在1997 年和1998 年嘗試用望遠鏡對月球進行觀測，雖然觀測到了疑似的事件，但由于是單臺望遠鏡的CCD 成像觀測，所以無法區(qū)分是宇宙線、噪聲還是真實的撞擊閃光事件。

1999 年獅子座流星暴期間，Ortiz 等人申請了多臺望遠鏡的觀測時間(卡拉拉奧天文臺的0.8 m 施密特望遠鏡，泰德天文臺的1.5 m 紅外望遠鏡和內(nèi)華達山脈天文臺的0.9 m 望遠鏡)，還架設(shè)了幾臺小型望遠鏡用于開展月球撞擊閃光觀測。由于天氣和技術(shù)原因，最后只有位于蒙特雷的小型望遠鏡觀測到了5 個撞擊閃光事件[8-10]，其中3 個被其他觀測者證實[11]。這是首次確切地探測到月球撞擊閃光事件。他們在2001 年的獅子座流星雨期間也持續(xù)進行了類似的觀測[12]。

除了獅子座流星雨外，后續(xù)還觀測到了來自雙子座流星雨[13]、天琴座流星雨[14]、英仙座流星雨[15]和金牛座流星雨[16]的月球流星體撞擊閃光事件，以及與流星雨無關(guān)的零星撞擊閃光事件[17-19]。

月球撞擊閃光觀測在監(jiān)測地月空間流星體環(huán)境方面的優(yōu)勢很快顯示出來，單個火流星監(jiān)測相機所能監(jiān)測的地球大氣面積約為104km2，而單個月球撞擊閃光觀測相機所能監(jiān)測的月表面積達到數(shù)個106km2，月球撞擊閃光觀測是一種更高效的流星體流量監(jiān)測手段。從2005 年開始針對月球撞擊閃光的監(jiān)測計劃已被相繼建立起來，主要包括2006 年正式開始的NASA 的月球撞擊監(jiān)測計劃(the NASA Lunar Impact Monitoring Program)[19]，2009 年開始的月球撞擊探測與分析系統(tǒng)(Moon Impacts Detection and Analysis System, MIDAS)計劃[20]和2015 年開始的近地天體撞擊月球和光學(xué)瞬變(NEO Lunar Impacts and Optical TrAnsients, NELIOTA)計劃[21]。除此之外還有一些其他的監(jiān)測計劃，具體內(nèi)容可以從ESA于2015 年組織召開的月球撞擊研討會的報告中獲得①https://www.cosmos.esa.int/web/lunar-impact-workshop/presentations。這些計劃部署了專門的望遠鏡系統(tǒng)，開發(fā)了自動和/或遠程觀測、目標(biāo)自動識別和數(shù)據(jù)處理分析的軟件和流程，積累了一定的數(shù)據(jù)樣本，并定量分析了近地空間的流星體流量。同時開展了與此相關(guān)的技術(shù)研究，包括：閃光事件的流量定標(biāo)，通過地面超高速撞擊實驗確定撞擊過程的發(fā)光效率，多波段同時觀測以測量撞擊閃光的溫度特性，利用圖像中由于地球反照照亮的月面特征確定撞擊閃光在月面的位置。

第2 章介紹目前國際上主要的月球撞擊閃光監(jiān)測計劃，并進行了對比；第3 章介紹目前針對月球撞擊閃光主要的數(shù)據(jù)處理和分析方法；第4 章介紹主要的探測成果和幾例特殊的月球撞擊事件；第5 章分析月球撞擊閃光的研究意義，并進行了總結(jié)與展望。

2 主要的監(jiān)測計劃

目前已經(jīng)開展的月球撞擊閃光觀測項目主要有三個，分別是NASA 的月球撞擊監(jiān)測計劃、西班牙的MIDAS 計劃和ESA 資助的NELIOTA 計劃。下面分別簡要介紹這三個計劃的情況。

2.1 NASA的月球撞擊監(jiān)測計劃

NASA 于2005 年開始“星座計劃”，該計劃的目標(biāo)之一是在2020 年以前重返月球。在月球表面單次部署宇航員的停留時間將長達6 月，遠遠超過阿波羅計劃，這極大地增加了航天員和相關(guān)設(shè)施遭受流星體撞擊的可能性。為此，星座計劃于2005 年啟動了流星體撞擊月球閃光事件的監(jiān)測，研究流星體撞擊和撞擊濺射物，以便更好地進行月球太空船、太空服和月面系統(tǒng)的防護設(shè)計。星座計劃終止后，月球撞擊監(jiān)測由流星體環(huán)境辦公室(MEO)接管[19]。

NASA 的月球撞擊監(jiān)測由馬歇爾太空飛行中心的太空環(huán)境小組實施，主要在位于馬歇爾太空飛行中心的自動月球和流星觀測站(北緯34.66°，東經(jīng)86.66°)開展觀測。該觀測站由兩個天文圓頂，一個15 m 高的全開式屋頂?shù)挠^測塔和一個運行中心組成。在2007 年9 月―2011 年6 月增加了佐治亞州奇克莫加(34.85°N, 85.31°W)的觀測站點，通過遠程控制觀測設(shè)備開展監(jiān)測。第三個站點是新墨西哥州的天空觀測站，觀測設(shè)備是一臺355.6 mm 口徑的望遠鏡，主要在2011 年10 月―2012 年9 月實施監(jiān)測。

根據(jù)1999 年獅子座流星雨期間對月球撞擊閃光的成功觀測經(jīng)驗，NASA 月球撞擊監(jiān)測計劃制定了行之有效的觀測策略：使用2 臺基本相同的望遠鏡系統(tǒng)同時觀測月球的陰影區(qū)，以有效排除宇宙線和噪聲產(chǎn)生的虛假信號；視場大小盡可能匹配半個月球，以覆蓋盡可能大的月表面積；終端滿足低噪聲、高幀頻、寬波段范圍，以探測極度暗弱的事件。觀測在月球陽照區(qū)約為10% ～50%之間的夜晚進行：小于10%的夜晚月球僅在晨昏可見，且地平高度角很低，難以觀測；大于50%時月球陽照區(qū)引起的雜散光過于強烈，會淹沒較暗的閃光信號，同樣不適合觀測。這樣每個月有5 個晚上和5 個早晨適合觀測。

除了宇宙線和噪聲引起的虛假信號外，NASA 月球撞擊監(jiān)測計劃還考慮了與人造空間目標(biāo)或者地球大氣內(nèi)的流星混淆的可能性。大多數(shù)情況下，這兩種事件在觀測視頻中呈現(xiàn)出隨時間移動的軌跡，通過多幀比較可以剔除。但還有兩種情形易與撞擊閃光混淆：1)流星的運動完全朝向觀測者時，在多幀圖像中流星的像斑都在同一個位置；這時可以通過光變曲線的形狀來判斷，流星的光變曲線的上升和下降基本對稱，而月球撞擊閃光的光變曲線具有快速上升并緩慢衰減的特征。2)衛(wèi)星或碎片在某些相位角下反射太陽光產(chǎn)生的短暫閃光，持續(xù)時間在一幀以內(nèi)。這種情況下僅從圖像數(shù)據(jù)難以與撞擊閃光區(qū)分。有兩種途徑可剔除這種事件，一是使用美國空軍專業(yè)太空追蹤網(wǎng)站(space-track.org)的數(shù)據(jù)計算觀測時刻是否有衛(wèi)星或空間碎片經(jīng)過月球方向，但無法排除未被編目的碎片；二是在距離觀測站100 km 以上的地方使用望遠鏡進行輔助觀測，通過視差來區(qū)分事件是來自于地球軌道還是來自于月球表面。

NASA 月球撞擊監(jiān)測計劃使用的儀器設(shè)備都是商業(yè)化產(chǎn)品，而非專業(yè)天文儀器，包括：Meade RCX400(口徑355 mm)望遠鏡，通過Meade 或Optec 0.339 的縮焦器使焦比達到f/2.6 左右，使用StellaCam EX 或Watec 902 H2 Ultimate 單色攝像機，這兩種攝像機都使用Sony EXview HAD CCD 科學(xué)級芯片，芯片大小為12.7 mm，像元數(shù)為795×496，幀速率達到30 Hz。以上組合的望遠鏡系統(tǒng)視場為20′，覆蓋約4.5×106km2月球表面面積，相當(dāng)于月球表面的12%。攝像機輸出的視頻信號用Sony GV-D800 數(shù)字磁帶卡片進行數(shù)字化，量化位數(shù)為8 bit，并由火線接口發(fā)送到計算機，記錄在硬盤上供后續(xù)分析。月球撞擊閃光監(jiān)測使用兩個以上望遠鏡系統(tǒng)進行觀測，對同時性要求較高，使用GPS 為視頻打時間戳來保證時間精度要求。這樣的望遠鏡系統(tǒng)觀測撞擊閃光的極限星等約為R= 10.5 mag，通過對比較星進行統(tǒng)計分析，可得測光誤差為0.2 mag。

為了捕獲月球撞擊閃光事件，在觀測時段監(jiān)測視頻是持續(xù)記錄的，每個觀測夜都會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。雖然目視檢查視頻可以發(fā)現(xiàn)閃光事件(該計劃的第一個候選體就是這樣發(fā)現(xiàn)的)，但難以保證檢出效率。項目組開發(fā)了自動檢出候選體的軟件“LunarScan”，可以自動檢索超出平均背景3.5 倍標(biāo)準(zhǔn)偏差的像元，通過空間相關(guān)濾波定位連續(xù)3 行以上超出的像斑作為信號。項目組還開發(fā)了“LunaCon”軟件用于對候選體進行孔徑測光，并發(fā)展了整套的數(shù)據(jù)分析方法，可以從攝像記錄分析撞擊體的光度、總動能、質(zhì)量和大小，進而從長期監(jiān)測數(shù)據(jù)中分析流星體的流量[16]。從2005 年在試觀測期間獲得第一個可能的候選體開始[16]，截止2018 年4 月，該計劃共發(fā)現(xiàn)435 個月球撞擊閃光的候選體。Suggs 等人[22]在2014 年對該計劃2008―2011 年的撞擊閃光觀測結(jié)果進行了分析和總結(jié)，他們從330 個候選體中挑選出包含126 個候選體的樣本進行了流星體流量的分析。為了獲得更為準(zhǔn)確的發(fā)光效率參數(shù)和了解撞擊閃光的時間特性，他們還使用與監(jiān)測系統(tǒng)相同的攝像機拍攝了地面超高速撞擊試驗的閃光。

2.2 西班牙的MIDAS計劃

MIDAS 計劃是由韋爾瓦大學(xué)(University of Huelva, UHU) 和西班牙國家研究委員會安大路西亞天體物理研究所(Institute of Astrophysics of Andalusia, Spanish National Research Council, IAA-CSIC)聯(lián)合實施的月球撞擊閃光監(jiān)測計劃。該監(jiān)測計劃一方面是為了繼續(xù)Ortiz 等人從20 世紀末就開始的月球撞擊閃光觀測研究工作[7,10]，另外一方面是為了對撞擊發(fā)光效率、隕石坑大小和位置、撞擊體質(zhì)量、撞擊體流量和撞擊體來源進行研究。

MIDAS 計劃使用類似于NASA 月球撞擊監(jiān)測計劃的觀測策略和觀測設(shè)備實施監(jiān)測：用小口徑望遠鏡觀測月球的陰影部分，在月球被照亮部分最多不超過50%～60%的夜晚實施觀測，避開晨昏線；至少兩個望遠鏡同時觀測；使用高靈敏度攝像機；利用圖像中月球由于地球反照照亮的月表特征證認閃光發(fā)生位置。

與NASA 月球撞擊監(jiān)測計劃相比，MIDAS 計劃的特色在于：MIDAS 計劃可以與西班牙的流星雨監(jiān)測網(wǎng)(SPMN)協(xié)同工作；MIDAS 的部分望遠鏡配置了近紅外攝像機，可以實現(xiàn)對撞擊閃光的溫度測量。

MIDAS 計劃分別在西班牙的三個天文臺Sevilla, La Hita 和La Sagra 部署望遠鏡，也考慮Calar Alto 天文臺在必要時參與觀測。MIDAS 計劃部署的望遠鏡系統(tǒng)大部分是采購的商業(yè)望遠鏡，終端使用型號為Watec 902H Ultimate 的高靈敏度CCD 攝像機，在Sevilla 站還部署兩臺工作在近紅外波段的望遠鏡。具體配置情況見表1。

表1 MIDAS 計劃的主要觀測儀器

為了提高探測和數(shù)據(jù)處理的效率，MIDAS 團隊開發(fā)了名稱同為MIDAS 的軟件(Moon Impact Detection and Analysis Software)，該軟件使用C 和C++語言，基于Windows 操作系統(tǒng)，可以實現(xiàn)局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)通訊，對于720×576 像元大小的圖像處理速度可以達到100 Hz。軟件的主要功能包括圖像獲取(使用模擬或者數(shù)字攝像機)，快速圖像和視頻的預(yù)處理，可以針對以往觀測數(shù)據(jù)進行實時月球撞擊閃光證認和數(shù)據(jù)分析(包括判定撞擊體來源、測光、計算撞擊體動能、計算撞擊體質(zhì)量、隕石坑大小和光度效率等)，同時該軟件也可適用于識別太陽系中其他天體的撞擊事件。MIDAS 軟件在確認撞擊體來源方面做了較多的工作，具體將在第3 章數(shù)據(jù)處理中介紹。

MIDAS 計劃監(jiān)測得到的候選體并沒有公布在其網(wǎng)站上，但從文獻中可以看到，他們在2011―2012 年的觀測季中確認了12 例月球撞擊閃光事件，視星等為8.0～9.8 mag，撞擊體的質(zhì)量為2～165 g[23]；之后還分別對英仙座[24]、雙子座[25]和天琴座[26]流星雨活動期間探測到的月球撞擊閃光候選體進行了分析。該團隊探測到了迄今公布的最亮事件(2013 年9 月11 日觀測到的(2.9±0.2)mag 的月球撞擊閃光[27])，還首次實現(xiàn)了對月球撞擊閃光的溫度測量[28]。在2019 年1 月21 日的月全食期間，該團隊還探測到了一次月球撞擊閃光事件[29]。

2.3 ESA 的NELIOTA

NELIOTA 是由ESA 資助的月球撞擊監(jiān)測計劃[21,28,30-32]。該項目的短期目標(biāo)是監(jiān)測月球撞擊閃光并研究撞擊體和撞擊的物理參數(shù)，中期目標(biāo)關(guān)注可用于空間飛行器防護設(shè)計的撞擊體尺寸和撞擊頻率分布。與之前的月球撞擊閃光監(jiān)測項目相比，由于使用了口徑更大的望遠鏡，NELIOTA 能夠探測到更暗弱的撞擊閃光事件。

該項目于2015 年2 月在希臘雅典國立天文臺啟動，通過改造該天文臺的1.2 m Kryoneri望遠鏡(北緯37°58′19′′，東經(jīng)22°37′07′′)以實施觀測。改造后于2016 年6 月26 日開始試觀測，運行至今。近期再次獲得ESA 資助，將運行至2021 年1 月。

1.2 m Kryoneri 望遠鏡最初是一臺1975 年投入運行的口徑1.2 m、焦比f/13 的卡塞格林式望遠鏡[32]。利用原望遠鏡f/3 焦比的拋物面主鏡，改造成一臺焦比為f/2.8 的主焦點望遠鏡。為開展月球撞擊閃光監(jiān)測，新設(shè)計了一臺主焦點雙通道成像儀，使得該項目成為目前唯一的雙通道監(jiān)測項目。

雙通道成像儀通過分色片將入射的光學(xué)信號分為R和I兩個波段，同時成像在兩臺相同的科學(xué)級CMOS 相機上。成像儀采用標(biāo)準(zhǔn)的Johnson-CousinsR和I波段濾光片，便于進行測光定標(biāo)?？茖W(xué)級CMOS 相機采用Andor 公司的Zyla 5.5 sCMOS 相機，使用2×2 binning 方式工作。儀器和Zyla 5.5 sCMOS 相機的主要性能指標(biāo)如表2 所示。

表2 Kryoneri 望遠鏡改造后的主要技術(shù)指標(biāo)

NELIOTA 采用觀測疏散星團的方式以實現(xiàn)流量定標(biāo)，采用觀測密集星場的方式以實現(xiàn)位置修正，以及采用GPS 定時的方式以實現(xiàn)時間測量[31]。為捕獲月球撞擊閃光事件，NELIOTA 在月相為0.1～0.45 時開展自動觀測。當(dāng)系統(tǒng)自動判斷出有疑似閃光事件時，自動保存前后共14 幀觀測圖像，然后進行人工確認。由于采用雙通道同時觀測的方式，可以輕易排除宇宙線和噪聲引起的虛假信號。除虛假信號外，該項目還考慮了人造物體和地球大氣內(nèi)流星的影響，剔除的方法有兩種：(1)在連續(xù)多幀圖像中，人造物體和地球大氣內(nèi)流星將呈現(xiàn)連續(xù)運動的軌跡，而月球撞擊閃光事件則不會；(2)月球撞擊閃光在相機靶面上將呈現(xiàn)典型的點目標(biāo)PSF 形狀，不符合該規(guī)律的事件將被排除。截至2019 年9 月，該項目共發(fā)現(xiàn)確認的閃光事件88 例。

2.4 監(jiān)測計劃的對比

從項目的目標(biāo)來看，三個計劃都把研究撞擊體的流量作為主要的目標(biāo)，NASA 的月球撞擊監(jiān)測和NELIOTA 計劃更關(guān)注流星體對航天器等的潛在威脅，而MIDAS 更關(guān)注撞擊本身，包括撞擊的發(fā)光效率、撞擊坑的大小和位置、撞擊體質(zhì)量、撞擊體來源。

從觀測策略來看，三個主要的月球撞擊閃光監(jiān)測計劃有較多的共性，包括：1)使用兩個以上的望遠鏡或通道同時觀測，以排除噪聲和宇宙線的干擾；2)夜晚的時候觀測月球的陰影區(qū)，在10%～50%的月球表面被照亮的期間進行觀測；3)望遠鏡的視場與半個月球的大小相匹配，一方面增加探測效率，另外一方面避免月球陽照區(qū)產(chǎn)生的雜散光的影響；4)利用圖像中被地球反照照亮的月球表面特征實現(xiàn)撞擊位置的確定。

NASA 的監(jiān)測計劃和MIDAS 計劃都以使用天文愛好者望遠鏡和商業(yè)高幀頻攝像機為主，為了讓更多的力量加入月球撞擊監(jiān)測中，流星體環(huán)境辦公室還在其網(wǎng)站上給出了進行月球撞擊監(jiān)測望遠鏡系統(tǒng)所需要的最基本配置和數(shù)據(jù)處理所需要的軟件Lunarscan①https://www.nasa.gov/centers/marshall/news/lunar/observing-schedule.html。使用這樣的望遠鏡系統(tǒng)配置雖然可以發(fā)現(xiàn)月球撞擊閃光，但由于系統(tǒng)噪聲較高，因此影響測光精度；另外沒有使用標(biāo)準(zhǔn)濾光片，為分析閃光事件的總光能量帶來了很多困難，同時也增加了測量的不確定性。MIDAS 計劃配置了近紅外波段的攝像機，同時在兩個波段觀測撞擊閃光，使得對閃光事件的溫度測量成為可能。與上述兩個計劃相比，NELIOTA 計劃除了使用更大口徑的專業(yè)天文望遠鏡(1.2 m)外，還更多地采用了專業(yè)天文觀測的技術(shù)和方法，包括使用科學(xué)級相機(Andor Zyla 5.5 sCMOS)和標(biāo)準(zhǔn)測光系統(tǒng)(Johnson-Cousins R 波段和I 波段)等，這樣對閃光事件的視亮度測量精度更高，同時能夠?qū)崿F(xiàn)溫度測量，避免了假設(shè)閃光溫度所造成的較大不確定性。

三個計劃都開發(fā)了相應(yīng)的自動觀測軟件、數(shù)據(jù)處理和分析軟件，以支持高幀頻的觀測和數(shù)據(jù)處理。關(guān)于數(shù)據(jù)處理和分析的具體方法將在下一章討論。

3 主要的數(shù)據(jù)處理和分析方法

月球撞擊閃光監(jiān)測的主要目的是通過長期觀測數(shù)據(jù)的積累分析地月空間流星體的頻率分布(質(zhì)量或大小)和流量，這需要將望遠鏡系統(tǒng)終端設(shè)備記錄的閃光視頻或圖像進行處理和分析，得到撞擊體的質(zhì)量/大小信息，然后將所有候選體的質(zhì)量/大小信息匯總，整理得到頻率和流量。對于較亮的撞擊事件，有可能由月球軌道詳查飛行器觀測到其對應(yīng)的撞擊坑，因此需要從觀測圖像中計算出閃光的月表位置用于搜索撞擊坑，同時進行撞擊坑大小的理論計算，以便與實測值進行比較，改進關(guān)于撞擊閃光事件的相關(guān)模型、參數(shù)。不同監(jiān)測計劃的數(shù)據(jù)處理分析流程基本相同，但具體方法有一定差異。下面首先介紹數(shù)據(jù)處理的基本流程，然后重點介紹流量定標(biāo)、由視星等推算總的發(fā)光能量、估計撞擊溫度和撞擊能量，進而估計撞擊體質(zhì)量/大小。最后介紹如何確定撞擊坑的大小。

3.1 數(shù)據(jù)處理的基本流程

月球撞擊閃光監(jiān)測的圖像數(shù)據(jù)處理主要采用了天文中的測光技術(shù)?？偟牧鞒虨椋?)將監(jiān)測視頻拆分成圖像(由于NELIOTA 項目的終端設(shè)備為相機而不是攝像機，可跳過此步驟)；2)在圖像中檢出候選體[33]；3)使用孔徑測光的辦法測得候選體的儀器星等；4)進行流量定標(biāo)確定系統(tǒng)零點、大氣消光系數(shù)和顏色改正系數(shù)等，再將儀器星等轉(zhuǎn)換為視星等；5)計算總的發(fā)光能量；6)計算撞擊能量；7)計算撞擊體質(zhì)量和大小。

3.2 流量定標(biāo)

各個監(jiān)測計劃除了觀測月球的陰影區(qū)外，還會在觀測的間隙或?qū)ｉT安排測光夜進行流量標(biāo)準(zhǔn)星的觀測，有時也會利用出現(xiàn)在視場中的場星進行流量定標(biāo)。對于視星等為R 的流量標(biāo)準(zhǔn)星[34]，可以從觀測圖像中測得其減去背景的積分信號S，假設(shè)其色指數(shù)為B-V ，則可得到：

其中，X 是觀測標(biāo)準(zhǔn)星時的大氣質(zhì)量，k′是大氣消光系數(shù)，T 是顏色項，Zp 是系統(tǒng)零點。當(dāng)在不同天頂距測量了足夠數(shù)量不同色指數(shù)的流量標(biāo)準(zhǔn)星后，就可以將大氣消光系數(shù)、顏色項和系統(tǒng)零點解算出來。這樣對任意候選體測得其積分信號后，就可算出其視星等。

由于大部分月球撞擊閃光監(jiān)測都使用白光觀測，沒有濾光片，所以其波段主要由探測器的分光量子效率決定；而且通常只能得到一個波段的測量數(shù)據(jù)，沒有色指數(shù)信息，因此無法使用顏色項。為此，NASA 的月球撞擊監(jiān)測計劃用2 800 K 黑體譜與R 濾光片和EX-HAD芯片的響應(yīng)卷積，得到R-EX 來代替T(B-V)。

NASA 月球撞擊計劃比較了其攝像機的分光響應(yīng)和Johnson-Cousin 的波段，認為其波段與R 波段中心波長基本一致，因此采用R 星等[22]；MIDAS 大部分望遠鏡系統(tǒng)望遠鏡和攝像機與NASA 相同，但他們使用V 星等[28]，在部分觀測中使用了Baader IR 帶通濾光片，此時采用I 星等[28]。NASA 和MIDAS 的望遠鏡系統(tǒng)的波段與Johnson-Cousin 的波段有較大差異，這種差異在已知待測目標(biāo)的顏色時可以較好地改正，但遺憾的是撞擊閃光的溫度和色指數(shù)未知，只能利用理論推算或?qū)嶒炇覂?nèi)超高速撞擊的結(jié)果來假定，因此帶來較大誤差。Suggs 等人[34]比較了不同監(jiān)測項目的流量定標(biāo)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)NASA 的月球撞擊監(jiān)測計劃在流量定標(biāo)工作上考慮得相對周全，采用較為適宜的R 星等，并進行了撞擊閃光和恒星顏色不同的改正。其他使用類似配置的監(jiān)測計劃或者采用V 星等與系統(tǒng)實際相差較遠，或者沒有考慮顏色改正，都會給結(jié)果帶來更大的誤差。

由于NELIOTA 計劃采用了標(biāo)準(zhǔn)測光系統(tǒng)，所以測光和流量定標(biāo)過程可以完全依照天文的測光流程進行，并且數(shù)據(jù)處理過程中不需要引入假設(shè)，從而保證了數(shù)據(jù)質(zhì)量[30,35]。

3.3 撞擊溫度估計

假設(shè)撞擊閃光符合黑體輻射，利用兩個波段的觀測信息可以估計出黑體的溫度。根據(jù)文獻[31]，具體方法如下。

根據(jù)普朗克公式，黑體的輻射為：

其中，h=6.62×10-34J·s 是普朗克常數(shù)，c 是光速，kB=1.38×10-23J·K-1是玻爾茲曼常數(shù)，T 是閃光的溫度，λ 是光子的波長。

用普朗克公式除以每個光子的能量E = hc/λ，得到以光子為單位的黑體輻射，表示為：

對于每個濾光片，閃光對應(yīng)的絕對流量為：

其中，Ω 是常數(shù)。因為兩個不同的波長R 和I 的觀測是同時開展的，所以閃光的儀器流量(FR和FI)和標(biāo)準(zhǔn)星的儀器流量(SR和SI)可以同時獲得，分別表示為：

其中，系數(shù)ξR和ξI由儀器和大氣的透過率決定。

使用從文獻中得到的標(biāo)準(zhǔn)星顏色(R-I)，表示為：

利用公式(5)和(6)，可得到比值ξI/ξR，

于是有

式(9)中唯一的未知數(shù)就是溫度T，因此可通過式(9)數(shù)值解出溫度T。由于存在測光的不確定度，溫度的不確定度會相應(yīng)地受到影響。確定溫度不確定度的辦法是使用蒙特卡羅法，利用測出的流量和其不確定度模擬產(chǎn)生圖像，然后利用上述方法計算出每次的溫度，最終統(tǒng)計出溫度的不確定度。

3.4 計算總的發(fā)光能量

撞擊閃光總的發(fā)光能量為：

其中，fλ= 10-7×10-(R+2.11+ZpR)/2.5，R 是候選體的視星等，Δλ 是濾光片帶寬，d 是觀測站到月球的距離，ZpR是R 波段的零點[36](為0.55)，f 是輻射立體角相關(guān)的系數(shù)，在自由空間為4。月球撞擊輻射立體角為2π，所以f 等于2。

需要注意的是，這里總的發(fā)光能量是指空間上的總和，但從波段角度來看，僅僅是觀測波段范圍內(nèi)。

3.5 計算撞擊能量

當(dāng)已知發(fā)光效率η (即撞擊總能量中以電磁波輻射出去的能量比例)時，可以很容易計算撞擊體總動能EK= Elum/η。Rubio 等人[8]給出了獅子座流星雨的發(fā)光效率，Swift 等人[37]將超高速撞擊實驗結(jié)果和Moser 等人[14]確定的三個流星雨的發(fā)光效率相結(jié)合，提出一個與速度相關(guān)的發(fā)光效率的模型：

其中速度v 以km/s 為單位。這個發(fā)光效率對應(yīng)NASA 月球撞擊監(jiān)測計劃的望遠鏡系統(tǒng)波段內(nèi)的光能量與撞擊能量之比。

MIDAS 計劃直接取效率值為0.002[27]，沒有考慮撞擊速度對發(fā)光效率的影響。Avdellidou和Vaubaillon[35]在對NELIOTA 計劃觀測到的撞擊閃光事件數(shù)據(jù)進行分析時，采用了NASA月球撞擊監(jiān)測計劃提出的發(fā)光效率計算方法。為了保證光能量的波段范圍與NASA 月球撞擊監(jiān)測計劃基本一致，他們利用候選體的R 星等、I 星等和有效溫度T 計算候選體在400 ～900 nm 范圍內(nèi)的總能量。

3.6 計算撞擊體質(zhì)量/尺寸

撞擊總能量來源于撞擊體動能的轉(zhuǎn)化，在已知撞擊體速度v 的情況下很容易計算撞擊體的質(zhì)量M：

由于月球撞擊閃光監(jiān)測只能觀測到撞擊產(chǎn)生的閃光，無法觀測到撞擊前撞擊體的運動軌跡，所以撞擊體的速度估計需要借助一定的假設(shè)。

同一流星雨中的流星體軌道相同，而且已經(jīng)有數(shù)據(jù)積累，如果能夠確定撞擊體來源于哪個流星雨，那么就可以知道其軌道，進而計算出其撞擊月球的速度。不同的監(jiān)測計劃發(fā)展出了不同的確定某個撞擊事件是否與某個流星雨相關(guān)的方法。如果認為撞擊由零星流星體造成，無法找到對應(yīng)的流星雨，不同計劃采用了不同的速度假設(shè)，如MIDAS[27]采用17 km/s，NASA[22]采用24 km/s。

計算出撞擊體的質(zhì)量后，再假定密度就可以計算出撞擊體大小。對于來自某個流星雨的撞擊體，可以采用該流星雨的密度數(shù)據(jù)。但如果是零星流星體，那么根據(jù)流星體組成的不同，密度的假設(shè)相差較大，如鐵質(zhì)流星體密度約為6 g/cm3，石質(zhì)流星體密度約為3.4 g/cm3，彗星體的密度則為1 g/cm3。

3.7 撞擊坑大小估計

目前為止，監(jiān)測到的兩個較亮的流星體(2013 年3 月17 日事件和2013 年9 月11 日事件)都由月球勘測軌道飛行器(LRO)觀測到了對應(yīng)的隕石坑。通過對比撞擊坑大小的估計值和實測值，可以在一定程度上修正發(fā)光效率等重要參數(shù)。因此撞擊坑大小估計很有意義。

有兩個主流的撞擊坑大小估計方法，一個是Gault 等人[38]提出的關(guān)系：

其中，D 是撞擊坑邊緣直徑，ρP和ρt分別是撞擊體和撞擊對象的密度，撞擊角度θ 是從局部地平起量的高度角，Ek是撞擊體動能。另一個是Holsapple 提出的公式[39]：

其中，πv是三維因子：

其中，K1=0.2，K2=0.75，Kr=1.1，μ=0.4，v =0.333，Y =1000Pa，g 是月球表面的重力加速度(g =0.162 m·s-2)。參數(shù)a、M 和V 是撞擊體的半徑、質(zhì)量和撞擊速度。

4 探測成果

4.1 流星體大小頻率分布

NASA 的月球撞擊監(jiān)測計劃和ESA 支持的NELIOTA 計劃都分析了積累的數(shù)據(jù)。

Suggs 等人[22]回顧了NASA 月球撞擊監(jiān)測計劃2006―2011 年發(fā)現(xiàn)的候選體，從中抽取了126 個在測光夜觀測到的候選體組成的樣本，計算并分析了這些候選體在不同發(fā)光效率假設(shè)下的峰值光能量、動能和質(zhì)量。通過對候選體R 星等分布的分析，認為該監(jiān)測的完備星等為9.0 mag。于是計算了R 星等亮于9 mag 的流星體的流量是1.03×10-7h-1·km2，9 mag 相當(dāng)于月球上能量為1.05×107J 的撞擊。質(zhì)量為30 g 的流星體的流量為6.14×10-10m-2·a-1。該結(jié)果略低于Brown 等人[40]根據(jù)近地天體和火球數(shù)量確定的冪律分布流量，但還在誤差范圍內(nèi)。

到2018 年11 月NELIOTA 項目觀測到的候選體已經(jīng)達到81 個，其中55 個同時在兩個相機中被觀測到。Avdellidou 和Vaubaillon[35]對這些候選體進行了溫度、質(zhì)量和大小的計算，還進行了可能產(chǎn)生的隕石坑大小的分析。他們使用一個冪律公式N(＞D) = A·Dα來描述這些流星體的大小頻率分布，冪律譜指數(shù)(α)與發(fā)光效率無關(guān)，NELIOTA 項目的候選體大小頻率分布冪律譜的α = -2.28±0.08，與Suggs 等人[22]2014 年計算出的NASA 月球撞擊監(jiān)測計劃候選體樣本的α=-2.18±0.10 基本一致。

4.2 特殊撞擊事件

在幾個監(jiān)測計劃觀測到的撞擊事件中，有一些事件比較特別。包括NASA 月球撞擊監(jiān)測計劃于2013 年3 月17 日觀測到的3.0 mag 撞擊閃光(簡稱20130317)，MIDAS 計劃于2013 年9 月11 日觀測到的2.9 mag 的撞擊閃光(簡稱20130911)和MIDAS 計劃于2019 年1月21 日月全食期間觀測到的撞擊閃光(簡稱20190121)事件。前兩個事件分別是兩個計劃觀測到的最亮的撞擊事件，且都由月球勘測軌道飛行器找到了對應(yīng)的撞擊坑，第三個事件在月全食期間被觀測到。

4.2.1 20130317 事件

NASA 的月球撞擊監(jiān)測計劃在2013 年3 月17 日03:50:54.312(UTC)探測到了其8 年監(jiān)測以來最亮的撞擊閃光事件，該事件的峰值R 星等為(3.0±0.4)mag，對應(yīng)7.1×106J 的發(fā)光能量，該撞擊閃光的位置在20.60°±0.17°N，23.92°±0.30°W[41]。該撞擊體很可能來源于室女座復(fù)合流星雨，因此可以假設(shè)其速度為25.6 km/s，撞擊高度角為56°。根據(jù)這些條件可以計算出撞擊的動能是5.4×109J。假設(shè)月壤的密度為1 500 kg/m3，撞擊體的密度在1 800 到3 000 kg/m3之間，那么使用Holsapple(1993)和Gault (1974)模型可以推出該次撞擊產(chǎn)生的隕石坑的內(nèi)部直徑在9 ～15 m 之間，邊緣直徑在12 ～20 m 之間。

月球勘測軌道飛行器(Lunar Reconnaissance Orbiter, LRO)分別在2012 年2 月12 日和2013 年7 月28 日對20130317 的撞擊位置進行了拍攝，通過對比圖像發(fā)現(xiàn)了一個新的隕石坑。該隕石坑位于20.713 5°N, 24.330 2°W，邊緣直徑為18 m(內(nèi)部直徑15 m)，很有可能是20130317 月球撞擊事件產(chǎn)生的。這一發(fā)現(xiàn)一方面證明NASA 月球撞擊監(jiān)測計劃的流量定標(biāo)過程和光度效率估計是合理的，另外一方面為月球撞擊坑濺射物研究提供了一個絕好的機會。Robinson 等人[42]對此進行了細致的研究，除了研究撞擊坑的挖掘深度和濺射物的分布對月壤改變過程的限制外，還提出由于撞擊濺射物的速度是幾十到幾百米每秒，并可以達到數(shù)十千米外的月球表面，因此與主撞擊坑相比，濺射物對月球探測器或其他探月設(shè)施的危害更大，在設(shè)計探月計劃時須考慮這個因素。

4.2.2 20130911 事件

西班牙MIDAS 計劃中的兩臺望遠鏡(口徑分別為0.36 m 和0.28 m)在2013 年9 月11日20:07:28.68(UTC)記錄到了在月面坐標(biāo)17.2°± 0.2°S, 20.5°±0.2°W 處流星體撞擊月球所產(chǎn)生的異常閃光。此閃光的峰值亮度達到(2.9±0.2)mag(V 星等)，持續(xù)時間為8.3 s[27]，到目前為止該事件也是最亮和持續(xù)時間最長的月球撞擊閃光事件。如果假設(shè)發(fā)光效率為0.002，流星體撞擊期間釋放的能量估計為(15.6±2.5)×103kgTNT 當(dāng)量。由于在事件發(fā)生時刻并沒有活動的主要流星雨，所以該事件可能來自零星的流星體，可以假設(shè)其速度為17 km/s，據(jù)此估計得到的流星體質(zhì)量為(450±75)kg；如果假設(shè)撞擊體來自事件前兩天的小型流星雨-英仙座ε，那么該流星體的速度就將是53.2 km/s，對應(yīng)的流星體質(zhì)量為(46±7)kg。根據(jù)撞擊坑標(biāo)度公式可以求出在上述兩種假設(shè)下隕石坑的直徑在46～56 m 之間。

月球勘測軌道飛行器分別在2014 年3 月16 日和4 月13 日拍攝了對應(yīng)的月球表面，通過對比以往圖像，很容易發(fā)現(xiàn)2013 年9 月11 日的撞擊事件產(chǎn)生的新隕石坑[43]。該隕石坑位于17.167°S, 339.599°E，與MIDAS 團隊公布的位置僅僅相差了2 km。隕石坑的邊緣直徑為34 m，濺射物在撞擊地點周圍的各個方向延伸到500 m。

4.2.3 20190121 事件

20190121 事件并非來自于日常的夜晚觀測，而是發(fā)生在2019 年1 月21 日的月食期間。據(jù)記錄，這次事件應(yīng)當(dāng)是首次被科學(xué)記錄的月食期間發(fā)生的月球撞擊閃光事件。

該事件被MIDAS 計劃的多臺望遠鏡觀測到，閃光持續(xù)了0.28 s，峰值亮度等效于4.2 mag。撞擊發(fā)生在月球29.2±0.3°S, 67.5± 0.4°W 處。該事件無法找到對應(yīng)的流星雨，應(yīng)是一次零星流星體引發(fā)的撞擊事件。在假定撞擊速度為17 km/s 的前提下，該次撞擊閃光的黑體溫度約為5 700 K，撞擊體總動能6.55×109J，撞擊體質(zhì)量為45 kg。預(yù)計產(chǎn)生的撞擊坑邊緣直徑為10 ～15 m。目前尚無月球軌道衛(wèi)星驗證結(jié)果。

20190121 撞擊事件為研究者提供了新的思路，即在月全食時進行撞擊閃光觀測，此時整個月面都在陰影區(qū)，因此都可觀測，并且雜散光也會較低，是極佳的觀測時機。同時，可以考慮在月全食時，開展撞擊閃光的無縫光譜觀測。

5 總結(jié)和展望

5.1 月球撞擊閃光觀測回顧

從1999 年11 月18 日第一次確認觀測到月球撞擊閃光事件到現(xiàn)在恰好是20 年，這20年間月球撞擊閃光觀測技術(shù)有了長足的發(fā)展，同時也促進了對這種特別現(xiàn)象的研究，觀測技術(shù)的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個階段。第一個階段以1999 年在獅子座流星暴期間首次確認觀測到月球撞擊閃光為標(biāo)志，這次探測成功應(yīng)歸因于觀測技術(shù)手段的提升。Oritz 等人[7,10]在1997 年和1998 年的觀測基礎(chǔ)上總結(jié)了經(jīng)驗，將終端設(shè)備由慢速讀出的CCD 相機改為高速CCD 攝像機，并使用多個望遠鏡系統(tǒng)進行同時觀測，最終獲得了普遍認可的關(guān)于月球撞擊閃光的切實觀測證據(jù)。這種多望遠鏡同時高速攝影的觀測方式一直延續(xù)至今。第二個階段以NASA 的月球撞擊監(jiān)測計劃開始實施為標(biāo)志。在該計劃以前，對月球撞擊閃光的觀測重點集中在主要的流星雨發(fā)生期間，該計劃實現(xiàn)了對流星撞擊閃光的常規(guī)監(jiān)測，并且發(fā)展了自動觀測、自動數(shù)據(jù)處理技術(shù)，使得對于地月空間流星體大小頻率和流量的統(tǒng)計成為可能。該計劃在閃光事件的流量定標(biāo)、發(fā)光效率確定等方面都做了很多基礎(chǔ)性的工作，在數(shù)據(jù)處理分析的全鏈路上都進行了優(yōu)化和完善。第三階段以NELIOTA 計劃的實施為標(biāo)志。NELIOTA計劃一方面配置了較大口徑的望遠鏡和科學(xué)級的CMOS 相機，使得探測深度大大增加；另一方面采用雙通道在兩個不同的波段觀測，能夠?qū)﹂W光事件進行溫度測量；更重要的是采用了天文標(biāo)準(zhǔn)測光系統(tǒng)，使得流量定標(biāo)精度顯著提升。隨著該計劃的持續(xù)實施，一定會獲得令人矚目的研究成果。

雖然取得了上述成績，但是在月球撞擊閃光觀測研究方面還存在著很多未解決的問題，同時在觀測技術(shù)方面也有進一步改善的空間。2015 年6 月歐洲航天局科學(xué)支持辦公室(The Scientific Support Office of ESA)在荷蘭ESTEC 舉辦了月球撞擊研討會，來自7 個國家9個不同機構(gòu)的研究人員參與了這次研討會，會議對討論的結(jié)果進行了總結(jié)①https://www.cosmos.esa.int/web/lunar-impact-workshop/workshop-summary，列出了未解決的問題，這些問題極具代表性，包括：

(1) 確定撞擊閃光的持續(xù)時間；

(2) 在計算發(fā)光效率時應(yīng)使用峰值還是積分流量；

(3) 撞擊閃光的溫度；

(4) 流星體撞擊的發(fā)光模型需要更新。

該研討會還給出了對觀測手段的建議，包括：提高幀頻有益于撞擊閃光探測，使用紅外攝像機需要注意的事項，強調(diào)了流量定標(biāo)、平場改正和雜散光抑制的重要性；建議通過使用兩個不同波段的攝像機或分色片實現(xiàn)兩個波段同時觀測用于溫度測量；建議進行更多的超高速撞擊實驗以確定發(fā)光效率與撞擊體質(zhì)量之間的關(guān)系。

該次研討會后啟動的NELIOTA 計劃落實了大部分的觀測建議，但以上總結(jié)對于目前的月球撞擊閃光觀測還同樣適用，在今后的觀測系統(tǒng)策劃時應(yīng)該充分考慮這些問題和建議。

5.2 中國月球撞擊閃光觀測研究展望

月球撞擊閃光監(jiān)測對于進入地-月空間環(huán)境的小型小行星和流星體的研究非常有益：月球由于沒有大氣，其表面是極佳的各種尺寸天體碰撞的“顯示器”，單個地面火流星監(jiān)測相機能覆蓋的大氣面積僅為1×104km2左右，而月球撞擊閃光監(jiān)測的單臺望遠鏡就可以覆蓋數(shù)個106km2的月球表面。除了流星天文學(xué)方面的研究，利用月球撞擊閃光觀測還可以開展超高速碰撞動力學(xué)、隕星學(xué)方面的研究; 當(dāng)與月震儀、月球物質(zhì)探測儀器協(xié)同工作時，還可以進一步開展月球科學(xué)研究。

中國至今還沒有開展過月球撞擊閃光觀測，開展相關(guān)觀測研究除了完成上述科學(xué)研究內(nèi)容外，考慮到我國載人登月計劃深化論證研究工作已經(jīng)在推進中②http://politics.gmw.cn/2019-10/28/content_33270295.htm，有必要盡快就流星體撞擊以及撞擊月球產(chǎn)生的濺射物對探月航天器和探月人員的威脅開展研究，為航天器和探月人員防護設(shè)計提供依據(jù)。

中國的月球撞擊閃光觀測可以規(guī)劃針對月球正面的地基監(jiān)測和針對月球背面的空基觀測，以及考慮與未來探月載荷進行協(xié)同觀測。

5.2.1 地基監(jiān)測

中國幅員遼闊，所覆蓋的經(jīng)度范圍與現(xiàn)有的月球撞擊閃光監(jiān)測站點經(jīng)度分布沒有重疊；鑒于月球撞擊閃光瞬變的特性，在中國建立監(jiān)測站點可以有效提升監(jiān)測覆蓋時間。對于中國的月球撞擊閃光監(jiān)測系統(tǒng)建立的建議如下。

(1) 在中國東部和西部地區(qū)分別設(shè)立觀測站，一方面增加覆蓋經(jīng)度范圍，另一方面兩個觀測站的觀測可以形成互相校驗，排除來自衛(wèi)星或空間碎片短暫閃光造成的觀測干擾。

(2) 在同一觀測站同時布置約30 cm 口徑望遠鏡和約1 m 口徑望遠鏡以增加觀測的動態(tài)范圍，既可以探測到大量的暗弱事件，也可以保證可獲得最有價值的強閃光事件的觀測數(shù)據(jù)不超出系統(tǒng)動態(tài)范圍。

(3) 配置兩、三臺30 cm 小口徑望遠鏡，每臺使用不同濾光片實現(xiàn)2 到3 個波段的觀測。1 m 口徑望遠鏡配置多通道(2 到3 個通道)成像終端，也同時實現(xiàn)2 到3 個波段的觀測。建議從ugriz 測光系統(tǒng)選擇濾光片。

(4) 嘗試使用1 m 以上口徑的望遠鏡對強閃光事件開展無縫光譜觀測。

(5) 進一步開展地面高速撞擊試驗，以獲取更多的撞擊物理參數(shù)，如發(fā)光效率、溫度、光變信息、譜線特征等。

5.2.2 月球背面的空基監(jiān)測

2018 年5 月21 日探月工程嫦娥四號任務(wù)“鵲橋”號中繼星發(fā)射升空，這是世界首顆運行于地月拉格朗日L2 點的通信衛(wèi)星。地月L2 點的暈軌道不僅適合進行月球背面和地球之間的中繼通信，也是對月球背面進行撞擊閃光監(jiān)測的最佳觀測點。目前月球背面的撞擊閃光監(jiān)測尚屬空白，建議在今后的探月計劃中考慮在地月L2 中繼星上搭載月球撞擊閃光監(jiān)測設(shè)備，或者單獨發(fā)射地月L2 暈軌道的衛(wèi)星用于月球撞擊閃光監(jiān)測。

對于有效載荷的建議包括：配置一臺2 或3 通道成像望遠鏡監(jiān)測撞擊事件，除發(fā)現(xiàn)撞擊事件外，可同時獲得撞擊的溫度信息；配置一臺裝有無縫光譜儀的望遠鏡，以獲取撞擊事件光譜信息。通過光譜測量可獲得月球和撞擊體的物質(zhì)成分，將研究領(lǐng)域擴展到月球科學(xué)。

5.2.3 與其他月球探測科學(xué)儀器的協(xié)同工作

不論地基或者空基的月球撞擊閃光監(jiān)測設(shè)備，與月球探測的其他科學(xué)儀器協(xié)同工作都可以獲得更豐碩的科學(xué)成果。從NASA 的經(jīng)驗來看，除了為類似月球勘測軌道飛行器這樣的月球表面詳查設(shè)備提供撞擊位置以搜索新的撞擊坑外，還可以與月震儀和月球物質(zhì)探測儀協(xié)同工作。

(1) 與月震儀的協(xié)同工作

阿波羅計劃從1969 年7 月到1972 年4 月先后在月面部署了5 個月震觀測站，除1969年7 月部署的第一個觀測站僅工作了1 個月以外，其他月震儀都工作到1977 年9 月30 日主動關(guān)閉任務(wù)為止。在探測到的12 000 個長周期事件中，有4 500 個事件得到證認，其中有約1 700 個事件被分類為月球撞擊事件[44,45]。未來的探月項目如果部署月震儀，可以實現(xiàn)月球撞擊閃光監(jiān)測與月震監(jiān)測的協(xié)同觀測。一方面撞擊閃光監(jiān)測可以提供撞擊事件的準(zhǔn)確位置和發(fā)光能量，使撞擊事件成為參數(shù)已知的月震源，增加月震探測的研究成果；另一方面通過協(xié)同觀測數(shù)據(jù)的積累，對于撞擊事件的震動數(shù)據(jù)特性有更深入了解后，可以更精確地從月震儀探測數(shù)據(jù)中檢出撞擊事件，實現(xiàn)全天時撞擊監(jiān)測。

(2) 與月球物質(zhì)探測儀的協(xié)同工作

Benna 等人經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，月球撞擊的沖擊波足以穿透月壤干燥的上層，使下面的水合層釋放出水分子，其釋放量足以讓月球大氣與塵埃環(huán)境探測儀(the Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer, LADEE)產(chǎn)生可探測的信號[46]。NASA 認為這項發(fā)現(xiàn)為將來的探索提供了潛在的資源，并增進了我們對月球地質(zhì)的過去及其持續(xù)演化的了解①https://www.nasa.gov/press-release/goddard/2019/ladee-lunar-water。

由于月球撞擊閃光監(jiān)測可以提供撞擊位置信息和撞擊能量信息，與在軌的月球大氣成分探測器相配合，將使得月球表面水分布的研究成為可能。

除了與其他探月儀器設(shè)備協(xié)同工作外，月球撞擊閃光監(jiān)測還可以為后續(xù)月球探測工程提供候選著陸點。流星體的高速撞擊會把月球內(nèi)部物質(zhì)暴露出來，月球撞擊閃光監(jiān)測可以提供這種新的撞擊坑形成的時間和位置信息，在后續(xù)月球著陸和巡視探測計劃中，可以考慮將著陸地點選在新的撞擊坑附近，對撞擊坑進行就位探測和樣本采集，可以帶來更豐富的科學(xué)探測與研究的收獲。