月球热流及月壤密度信息有助于研究地月系和太阳系的起源与演化。中国探月卫星“嫦娥一号”和“嫦娥二号”搭载的微波探测仪已在轨获取了覆盖全月表面的微波亮温数据,此微波亮温受月表层温度、月球热流、月壤密度、月壤厚度等参数的影响。本文首次利用嫦娥微波亮温数据反演月球热流、月壤密度,具体包括以下研究内容。月表层温度是影响月表亮温及其它月壤参数的重要物理量。本文基于一维月球表层热传导模型,研究了月球表层温度随时间、深度及地理位置的变化。分析Apollo15和17地区基于热传导模型计算的月表面温度与美国探月卫星LRO所观测的月表面温度的差别,以及引起差别的影响因素。通过调整热物理参数改进了月表面温度随时间变化的计算结果。月球热流是研究月球热状态和热演化的重要物理量。月球热流是指单位面积单位时间里由月球内部释放的热量,计算表达式为月壤温度梯度与月壤热导率的乘积。本文提出了基于嫦娥卫星观测的微波亮温数据和LRO观测的红外亮温数据的月球热流反演方法。该方法由热传导方程的通解形式建立月表层温度剖面模型,将LRO红外亮温数据作为温度剖面模型的边界条件,基于非均匀多层微波亮温模型反演月球热流。基于该方法反演得到了75°N到65°S,60°W到100°E地区的月球热流分布,月球热流变化范围在0.8～69.2mW/m2之间。月球热流不仅可以通过微波亮温反演得到,还可以根据其产生源计算得到。本文基于美国探月卫星LP搭载的γ射线光谱仪测量数据所生成的月表面放射性元素铀、钍和钾的丰度分布,分析了放射性元素的分布特征及不同放射性元素的相关性,建立了基于放射性元素的月球热流模型,模型中包含了放射性元素产热及月球降温放热两部分能量。由模型计算得到了全月球热流分布,月球热流的变化范围在10.6～66.1mW/m2,与基于微波亮温反演的月球热流范围接近。选择两个地区,风暴洋(30°N,550W)和雨海(30°N,250W)地区,进行对比分析。这两个地区的红外亮温相同、FeO+TiO2含量相同,但两个地区的昼夜微波亮温差相差10K左右。利用月表微波亮温模型分析,发现这两个地区的昼夜微波亮温差的差异可能是由月球次表层的密度差异引起的。根据月尘层-月壤层两层的微波亮温模型,提出了月球次表层密度的反演方法。该方法利用“嫦娥二号”昼夜微波亮温差数据反演出月球北纬33°,西经120°到东经6°地区的次表层密度。月球次表层月壤密度的变化范围在1.90～2.04g/cm3之间。