新实验证实：太阳风在持续补充月球表面水资源

IT之家 4 月 27 日消息，未来月球探索任务的宇航员或许比预期更容易获取水资源。一项新实验表明，太阳风可能正在持续补充月球表面的水资源。

由于月球缺乏类似地球的磁场，其表面一直暴露在来自太阳的高能粒子轰击之下，这些粒子构成了所谓的太阳风。长期以来，科学家们基于计算机模拟推测，太阳风有助于在月球表面形成水的成分。

这些高速粒子主要由带正电的氢离子组成，它们捕获月球表面的电子后变成氢原子。新形成的氢原子随后穿过月球表面的尘土和岩石风化层，与氧结合形成羟基和水分子，这些分子通常集中在月球两极的永久阴影区域。然而，这些成分的自然循环和可再生性此前一直不明确。

为了揭开这一过程的奥秘，美国宇航局戈达德太空飞行中心的行星科学家 Li Hsia Yeo 领导了一项实验室实验，观察模拟太阳风对阿波罗 17 号任务带回地球的两份松散风化层样本的影响。

据IT之家了解，其中一份样本取自被称为韦塞克斯裂谷（Wessex Cleft）的疤痕状壕沟，另一份取自南马斯（South Massif）一个年轻陨石坑边缘的底部。为了去除这些 50 年历史的样本自返回地球以来可能吸收的地球水分，Li Hsia Yeo 和她的团队将样本在真空炉中烘焙了一整夜。为了模拟月球环境，研究人员制作了一个定制装置，包括一个真空室（样本被放置其中）和一个微型粒子加速器，科学家们用它来轰击样本，持续数天。

“设计该仪器的组件并让它们都能装进里面，花了很长时间，经过了多次迭代，”与 Li Hsia Yeo 共同领导该实验的戈达德研究科学家杰森・麦莱恩（Jason McLain）在一份声明中表示，“但这是值得的，因为我们排除了所有可能的污染源后，证实了这个关于太阳风的数十年来一直存在的想法是正确的。”

对样本化学成分随时间变化的分析显示，在水吸收能量的红外区域（接近 3 微米）的同一位置，光信号有所下降。这表明由于模拟太阳风的作用，羟基和水分子得以形成，从而证实了长期存在的理论。

研究团队还发现，将样本加热到月球白昼一侧的典型温度 —— 大约 126 摄氏度，并持续 24 小时，会导致这些与水相关的分子减少。但当样本冷却 24 小时后，再次用模拟太阳风轰击，与水相关的特征又重新出现。这一循环表明，太阳风正在持续补充月球表面的少量水资源。

“令人兴奋的是，仅凭月球土壤和太阳提供的基本成分 —— 氢（太阳一直在释放氢）—— 就有可能创造水，”Li Hsia Yeo 在声明中表示，“这是令人难以置信的。”

值得一提的是，此前的月球任务观测就发现月球稀薄的大气中存在大量氢气。科学家们怀疑，太阳风驱动的加热促进了月球表面氢原子结合成氢气，随后逸散到太空。

这项新研究表明，这一过程还有一个意外的好处。剩余的氧原子可以与太阳风反复轰击形成的氢原子结合，为月球上可再生的水形成做好准备。

这些发现有助于评估月球水资源的可持续性，因为水资源对于生命支持以及作为火箭推进剂都至关重要。

该团队的研究成果已于 3 月发表在《JGR Planets》期刊上。