地球磁层可以在月球表面上造水的第一个证据

时间：2021-12-15 08:52:27 来源：

艺术家对磁层中月球的描绘，“地风”由流动的氧离子（灰色）和氢离子（亮蓝色）组成，它们可以与月球表面发生反应而产生水。月球在太阳风（黄色）中的花费超过其轨道的75％，而太阳风在其余时间被磁层所阻挡。

在阿波罗时代之前，由于极端温度和太空环境的恶劣性，月球被认为是沙漠的干燥地。此后，许多研究发现了月球水：阴影极地环形山中的冰，火山岩中约束的水以及月球土壤中出乎意料的生锈铁沉积物。尽管有这些发现，但仍没有真正证实月球表面水的范围或来源。

流行的理论是，太阳风推动带正电的氢离子轰击月球表面，并自发反应生成水（如羟基（OH–）和分子（H2O））。但是，发表在天体物理学杂志快报上的一项新的跨国研究表明，太阳风可能不是形成水离子的唯一来源。研究人员表明，来自地球的粒子也可以将水注入月球，这意味着其他行星也可以为卫星提供水。

从火星表面到木星的卫星，土星的环，彗星，小行星和冥王星，水比天文学家最初想象的要普遍得多。甚至在远远超出我们太阳系的云中也发现了它。以前曾假设在太阳系形成过程中将水结合到这些物体中，但是越来越多的证据表明太空中的水具有更大的动态性。尽管太阳风可能是月球地表水的来源，但计算机模型预测，在满月经过地球磁层后大约三天内，它的一半会在高纬度地区蒸发并消失。

令人惊讶的是，由Chandrayaan-1卫星的“月亮矿物图”（M3）对表面羟基/水表面图进行的最新分析表明，在磁层屏蔽期间，月球表面水不会消失。人们认为地球磁场会阻止太阳风到达月球，因此再生水的速度不可能比损失的速度快，但研究人员发现情况并非如此。

通过比较磁层穿越之前，期间和之后的水面图的时间序列，研究人员认为，月球水可以通过磁层离子流（也称为“地球风”）得到补充。Kaguya卫星证实了这些来自地球的离子在月球附近的存在，而THEMIS-ARTEMIS卫星观测则用于描绘太阳风与磁层地风中离子的独特特征。

Kaguya卫星以前在满月期间进行的观测发现了高浓度的氧同位素，这些氧同位素从地球的臭氧层泄漏出来并嵌入月球土壤中，并且在我们这个广阔的广阔大气层（称为外层大气层）中还含有大量的氢离子。磁层粒子的这些组合流与太阳风中的流根本不同。因此，这项研究中对地表水的最新检测反驳了屏蔽的假设，反而暗示了磁层本身创造了可以补充月球的“水桥”。

这项研究雇用了来自宇宙化学，空间物理学和行星地质学的多学科专家团队来对数据进行背景分析。先前对地表水的解释没有考虑地球离子的影响，也没有研究地表水如何随时间变化。磁层满月期间唯一可用的表面图和粒子数据是在2009年冬季和夏季，过去的几年花费了很多时间来分析和解释结果。由于缺乏观测，因此分析非常困难，因为观测需要随时间比较相同的月球表面状况并控制温度和表面成分。

根据这些发现，对太阳风和行星风的未来研究可以揭示更多有关我们太阳系中水的演化以及太阳和磁层活动对其他卫星和行星体的潜在影响。扩大这项研究将需要新的卫星配备全面的羟基/水谱仪，以及轨道和月球表面的粒子传感器，以充分确认这一机制。这些工具可以帮助预测最佳的区域，以便将来进行月球勘探，采矿和最终定居。实际上，这项研究可以影响即将到来的太空任务的设计，从而更好地保护人类和卫星免受粒子辐射的危害，并且还可以改善计算机模型和太空水形成的实验室实验。

参考：Wang HZ Wang，J.Zhang，QQ Shi，Y.Saito，AW Degeling，IJ Rae，Liu.J.Guo RL Guo，ZHAO Yao，AM Tian，XH Fu，“地球风可能是月球表面水化的外源” QG宗宗，刘建中，凌志成，孙维杰，白世昌，陈洁，姚圣达，张宏伟，魏伟，刘WL，夏LD，陈毅，冯玉凤，傅锡仪，朴子扬，1月28日2021年，天体物理学期刊快报。DOI：
10.3847 / 2041-8213 / abd559arXiv：
1903.04095

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