我国科学家发现在满月前后,地球风或帮月球“补水”

今日热点 2022-06-22 09:23 17

摘要:通过比较进入磁层之前、期间和之后月表水含量的变化,山东大学空间科学研究院的研究团队证实了地球风(主要是来自地球大气层的氧、氮、氢等离子)可以补充月表蒸发的水。因...

山东大学空间科学研究所研究团队通过对比进入磁层前、中、后月球表面含水量的变化,公安部:青少年毒品预防教育工作效果明显证实了地球风(主要是来自地球大气层的氧、氮、氢等离子体)可以补充月球表面蒸发的水分。因此,除了太阳风,地风还可以与月球表面物质相互作用生成水。

月球是离地球最近的天体。长期以来,月球一直被认为是人类实现星际迁徙的理想场所。虽然早在20世纪60年代,人类就已经踏上了月球表面,但要想实现向月球的迁徙,甚至建立月球基地,还有一个非常重要的资源问题需要解决。

月球上有水吗?1961年,美国科学家肯尼斯沃森等人首次提出月球上可能存在水冰的观点。几十年来,科学家们一直在寻找月球水存在的证据及其可能的来源。近日,《科学报告》发表的一篇研究文章指出,从地球高层大气逃逸或在月球上结合的氢氧离子,成为月球上已知水冰的可能来源之一。

目前,月球水已成为国内外行星科学领域的研究热点。月球水具有重要的科学意义和潜在的应用价值。研究它不仅有助于了解月球的演化历史,还有助于未来月球研究站和月球基地的建设,为动植物的生存和火箭燃料提供关键资源。

巨大的温差使得月球表面没有液态水。

与地球不同,月球本身没有全球磁场,也没有稠密的大气层保护。它的表面直接暴露在极端温度和恶劣的太空真空环境中。此外,月球表面的平均温度从白天的100摄氏度和下降到晚上的零下150摄氏度不等。如此大的温差使得液态水不稳定。因此,人们普遍认为月球像沙漠一样干燥无水。

然而,随着观测和研究的深入,科学家发现月球极地地区撞击坑底部的一些永久阴影区常年不受阳光照射,温度极低。在真空条件下,水冰可能稳定存在。

20世纪90年代,科学家发现克莱曼婷探测器在月球南极永久阴影区的雷达回波异常;美国宇航局月球探索者探测器上的中子谱仪显示,月球永久阴影区存在大量氢。

暗沉的永久阴影区聚集了寻找月亮水的目光。科学家希望在月球的永久阴影区找到月球水存在的证据。

2010年,一颗美国卫星撞击月球永久阴影区,在溅射出的尘埃中发现了大量水冰,证实了月球水的存在。2020年,美国国家航空航天局(NASA)通过望远镜观测首次证实月球表面存在水;2022年1月,我国嫦娥五号月球着陆器首次获得月球表面原位探测数据,月球上存在水的“现场证据”。

如今,科学家通过月球遥感探测、返回月球样品分析、撞击实验等多种研究手段发现,月球水主要以三种形式存在:两极永久阴影区的水冰、来自月球内部部分区域的岩浆水、以羟基或水分子形式遍布月球表面的月球水。

月球上有两种可能的水源:内部和外部。

虽然各种“真锤”都表明了月球水的存在,但它是怎么来的,还没有定论。科学家认为月球水有两种可能的来源,即来自月球内部和外部。具体来说,月球水可能来自月球内部的岩浆,也可能来自外部太阳风的轰击、彗星、流星体和微流星体的撞击等。

关于月球岩浆水,此前科学家在分析阿波罗月球样本时也曾发现过岩浆水,但当时科学家一直认为样本受到了地球的“污染”。2013年8月,美国约翰霍普金斯大学的研究人员利用印度“月船一号”探测器携带的月球矿物绘图仪对月球赤道附近的布利奥克斯环形山进行成像分析,发现布利奥克斯环形山的中央峰含有大量羟基。研究人员认为,这是Bliaux陨石坑在月球深部含有岩浆水的直接证据,表明月球在形成之初可能存在过水。

2011年,科学家分析了阿波罗飞船带回的月球表面岩石样本。他们重点测量了标本中一类名为磷灰石的矿物的氢同位素组成比,发现其组成比与三颗已知彗星接近。因此,研究人员认为彗星是月球上水的主要来源之一。

但月球的红外光谱数据显示,整个月球表面都有水,温度较低时月球的含水量在早晚较高,温度较高时在中午较低。但是,月球内部的岩浆水,以及彗星和流星体的水分散在月球表面,并不能完全解释月球整个表面水的存在及其日变化特征。

因此,目前的主流理论认为,来自太阳的太阳风含有带正电的氢离子,不断轰击月球表面,与月球表面物质中的氧原子结合,生成分布在月球各处的羟基或水分子。这一理论可以很好地解释佛山地区月球水在白天发生变化的现象,这一现象已经被观测到并得到证实,也为阿波罗月球样品的氢同位素分析和氢离子轰击实验所证实。

科学家认为,太阳风产生的水在太阳光的加热下“蒸发”,一部分迁移并定居到温度极低的两极永久阴影区。经过漫长的地质时期,两极已经储存了大量的水冰。

因此,太阳风被认为是月球水的主要来源之一。

风也是月球表面有水的原因之一。

然而,月球并不总是“沐浴”在太阳风中,每月仍有3-5天处于地球磁尾。满月前后2-3天内,月亮位于地球磁层。届时,太阳将不再轰击月球表面生成水。先前由太阳风产生并储存在月球表面的水,在被太阳加热时会大量“蒸发”。因此,理论上,地表水应相应减少。

然而令人意想不到的是,山东大学空间科学研究所的研究团队在分析“月船一号”探测器获得的数据时发现,月球处于地球磁层时,月球表面的水并没有明显减少。研究小组通过对比进入磁层前、中、后月球表面含水量的变化,证实了地球风(主要是来自地球大气层的氧、氮和氢等离子体)可以补充月球表面蒸发的水分。因此,除了太阳风,地风还可以与月球表面物质相互作用生成水。

此前,北京大学地球与空间科学学院教授宗秋刚发现,地球磁层中的有氧离子向月球移动;在这项最新的研究中,研究人员分析了重力异常

析,地球风轰击月球表面形成的水,可能通过各种地质过程储存在月球两极。
为何科学家如此“执着”追寻月球水的来源?要知道,水在类地行星的地质演化中,具有举足轻重的作用。探明月球水的来源,或能帮助科学家揭示月球的身世之谜。
月球大撞击成因理论认为,月球是由地球与一个火星大小的天体发生碰撞而产生的炽热碎片形成的。在这个形成过程中,由于高温及剧烈活动,在月表形成了一个全球性的岩浆洋。不过,也正是由于高温,科学家认为月球上的挥发分大量流失,月球水就是在这时全部蒸发,即月球在岩浆洋阶段,基本是不含水的。而在月球火山玻璃、磷灰石以及橄榄石熔体包裹体中探测到的水,被认为是在月球岩浆洋结晶后,月球发生部分熔融,由陨石、彗星以及太阳风注入到月球内的。因此,了解月球水的来源,关系到人类对于月球成因及其动力学演化的认识。
此外,对于月球水来源的不断探究,使科学家能够更加深入地理解太阳系中水的演化,以及太阳及其磁层活动对于行星—卫星系统的影响。太阳系中其他行星系统中也可能存在类似的物质输运“通道”,例如火星大气逃逸的氧、碳、氮等成分,其中一些就可能会到达火卫一的表面。那么,火卫一上是否也有可能存在水?其他天体系统有没有类似的机制?我们是否可以通过这种机制寻找宇宙中的水,甚至是地外生命?这些都有待于科学家进一步研究证实。
(作者系山东大学空间科学研究院博士后)
(原标题:月球“找水”又有新发现 满月前后,地球风或帮月球“补水”)
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