月震记录是探测月球内部结构的最直接资料。然而，受限于月表恶劣的观测环境，月震数据中存在大量由温度剧烈变化等因素引发的异常信号（图1），严重影响月震数据的分析与解译。例如，在月球日出和日落附近，数小时内通常会记录到数百个异常信号（图1a、图1c）。因此，研究这些异常信号的形态、特征、分布规律和产生原因，可以为观测阶段减少异常信号的出现、分析阶段压制异常信号的干扰提供重要参考，以期为未来我国嫦娥7号月震仪的观测实施与数据处理提供有益帮助。
图1 月球和火星异常信号示例。（a-d）为阿波罗月震仪记录的波形片段，分别对应月球日出、白天、日落与夜间的各 2 小时波形；（e-g）是阿波罗月震记录中大量出现的几类异常信号，本质上是加速度阶跃和脉冲信号；(h)是校准信号示例；图e与图f的波形与校准信号图h相似。图i-图l是火星异常信号示例。红色箭头指向异常信号的位置
为此，中国科学院地质与地球物理研究所刘欣博士、肖卓伟博士后和导师李娟研究员，结合深度学习方法和模板匹配技术，对阿波罗任务获取的月震数据中加速度型异常信号进行识别和分类，揭示出与月球昼夜和季节周期相关的时间分布模式（图2）。加速度型异常信号主要集中出现在月球的日出和日落时段，很可能是由温度的快速变化引起的。此外，在白天观测到的加速度型异常信号，与月食现象或仪器附近物体产生的阴影有关。值得注意的是，他们还检测到具有椭圆偏振特性的加速度型异常信号（图3），这一特征与火星上基本呈线性偏振的异常信号不同，值得进一步研究。
研究团队构建的加速度型异常信号目录显示，异常信号的产生普遍与温度变化相关。尽管阿波罗任务布设的月震仪配备了隔热罩与夜间加热器等设备，其异常信号的出现峰值仍然对应仪器温度快速变化的时段（月球日出、日落、月食发生等时段）。其中，月食导致的异常信号为首次相关报道。由于月食引发的仪器温度变化较日出日落更为急剧，在未来月震观测中应引起注意。
图2 阿波罗任务的四个台站分别检测到的加速度型异常信号的时间分布（a-d分别对应12，14，15，16号台站）。x 轴表示一个平均月球日（折合地球时间为29.53天，约为 708.72 小时），y 轴表示自1969.12 .12以来的月球日天数。异常信号发生次数以 1 小时为一个区间进行统计。颜色反映了每个区间内的异常信号数量，从深蓝色到黄色表示数量由少到多，没有异常信号的区间显示为白色（包含数据缺失）。大面积白色区域（自1969.12 .12的第60到90个月球日）是仪器处于平坦模式运行的时期
图3 校准信号与12号站椭圆偏振的加速度型异常信号的质点运动轨迹对比。（a）校准信号的质点运动情况；（b）12号站椭圆偏振的加速度型异常信号的质点运动情况（1972.08.04日落附近）。“Azi”表示方位角
此外，他们发现不同台站的异常信号分布模式存在较大差异，可能来自于台站选址和仪器部署的影响。例如，阿波罗14号台站日出日落时的异常信号持续时间长、仪器温度变化复杂，主要由周围设备阴影投射到月震仪上所引发。这提示在可能的情况下，未来月震观测任务需要考虑观测系统内部多种仪器布设时的相互影响。此外，考虑到日出日落时期温度剧烈变化产生大量异常信号（图1a、图1c），未来月震观测任务可以在异常信号发生高峰时期战略性地关闭仪器/待机，以节省能源，增长有效观测时长。根据阿波罗任务的经验，此策略可能增加~25%-35%的有效观测时长。
综上，研究通过分析阿波罗月震数据，构建了加速度型异常信号目录，揭示了12、14、15、16四个台站的加速度型异常信号的分布模式，增进了对月球极端环境如何影响月震观测的认识，有助于未来月震观测的顺利开展以及观测资料的分析解译。
研究成果发表于国际学术期刊JGR: Planets（刘欣,肖卓伟,李娟*. Acceleration‐related glitch patterns in apollo seismic data and implications for future lunar seismic observation[J]. Journal of Geophysical Research: Planets,2025,130: e2025JE009277. DOI: 10.1029/2025JE009277.）。研究受国家自然科学基金项目（42230111）和中国科学院地质与地球物理研究所重点部署项目（IGGCAS-201904）联合资助。
刘欣（博士生）