月亮之上，水来自何方？

最近在《天体物理学杂志快报》上刊发的国际研究表明，太阳风可能并不是生成水离子的唯一源头，“地球风”也可补充月球水分。

这幅艺术印象画描绘的是月球的“磁层”（magnetosphere），其中的“地球风”由流动的氧离子（灰色）和氢离子（亮蓝色）汇聚而成，它们可以在与月球表面发生反应后产生水。

在“阿波罗”登月时代到来之前，太空的极端温度和恶劣条件让科学家们认为，月球表面应该就像沙漠一样干燥。

然而，之后的许多研究项目都表明，月球上存在水分：阴暗两极陨石坑中有冰，火山岩中有水，月球土壤中还有令人意想不到的铁锈沉积物。不过，尽管有这些发现，科学家们仍然没有真正地确认月球表面水分的存在范围及来源。

目前的流行理论认为，在太阳风的推动下，带正电的氢离子会在轰击月球表面后，自发反应并生成水［羟基（OH-）和分子（H2O）］。不过，地球磁层具有“屏蔽作用”，会阻止太阳风吹到月球，因而月球水分的再生速度慢于流失速度。

在满月后大约三天内，当太阳风经过地球磁层时，月球高纬度地区多达一半的水分会蒸发殆尽。

然而，《天体物理学杂志快报》日前刊发的一项最新国际研究成果表明，事实并非如此。“月船1号”（Chandrayaan-1）上月球矿物绘图仪（M3）对月球表面羟基/水表面绘图的最新分析结果显示，月球表面的水分在磁层的屏蔽期中并不会消失。

研究人员认为，太阳风可能并不是生成水离子的唯一源头，来自地球的粒子也可以在月球上“播种”水分，这就意味着其他行星也可能以同样的方式为其卫星供水。

通过比较磁气圈凌日之前、期间和之后的水分绘图，研究人员推断，磁气离子流（也被称为“地球风”）可以补充月球上的水分。

“月亮女神号”（Kaguya）探测器证实，月球附近存在这些来自地球的离子，而“忒米斯-阿耳忒弥斯”（THEMIS-ARTEMIS）卫星的观测结果则被用于描绘太阳风和地球风中两种离子的独特特征。

早前，“月亮女神号”卫星在月圆时的观测记录发现，有高浓度的氧同位素从地球臭氧层中泄漏出来，并进入月球的土壤中；同时，在地球逸散层中也发现了大量氢离子。

由这些磁层粒子混合而成的气流与太阳风气流有着本质区别。因此，这项研究中对月球地表水的最新检测结果驳斥了“屏蔽假说”。相反，它还暗示，磁层本身就能创造出一座“水桥”，来为月球补充水分。

这一新发现说明，未来对于太阳风和行星风的研究可以揭示出更多关于太阳系水分演化过程的信息，并发掘出太阳和磁层活动对其他卫星和行星体的潜在影响。

实际上，这项研究的成果还将影响即将到来的太空任务设计，使其能够更好地保护人类和卫星免受粒子辐射的危害。

（部分图片来源于网络）

◎编译 | 朱明逸

◎审稿 | 西莫

◎责编 | 陈之涵

◎期刊来源 | 《天体物理学杂志快报》

◎期刊编号 | 2041-8205

https://phys.org/news/2021-01-evidence-lunar-surface-earth-magnetosphere.html