太陽(yáng)日冕層時(shí)刻在噴高速帶電粒子流,形成太�(yáng)�(fēng)。太�(yáng)�(fēng)與地球磁層相互作用會(huì)引發(fā)極光,強(qiáng)烈時(shí)還會(huì)干擾�(wú)線電通信及電�(wǎng)系統(tǒng)�
歷史�,太�(yáng)�(fēng)是如何揮�(fā)�?科�(xué)家嘗試用月壤�(lái)回答這�(gè)�(wèn)題。因?yàn)樵氯篱L(zhǎng)期直接暴露于太陽(yáng)�(fēng)�,是研究其揮�(fā)歷史�“天然檔案”。然�,月球始終以同一面朝向地�,太�(yáng)�(fēng)在月球正背面的注入是否會(huì)存在差異?由于缺乏來(lái)自背面的樣品,這一猜想一直無(wú)法得到實(shí)證檢�(yàn)�
�(xiàn)�,中�(guó)科學(xué)院地�(zhì)與地球物理研究所博士后張徐航在導(dǎo)師賀懷宇研究員指�(dǎo)�,聯(lián)合中�(guó)科學(xué)技�(shù)大學(xué)和嫦娥七�(hào)揮發(fā)分載荷團(tuán)�(duì),利用中�(guó)�(guó)家航天局提供的嫦娥六�(hào)月壤樣品�(kāi)展了系統(tǒng)的稀有氣體同位素分析。研究發(fā)�(xiàn),月球正面和背面接收到的太陽(yáng)�(fēng)的確存在系統(tǒng)性差異,且地球磁層在其中扮演�“�(diào)速器”的角�。相�(guān)研究7�15日在線發(fā)表于《自�—地球科學(xué)��
尋覓“蹤跡”
太陽(yáng)�(fēng)是太�(yáng)系內(nèi)揮發(fā)分傳�?shù)暮诵妮d�。如何從月壤�“檔案”中尋找太�(yáng)�(fēng)的蹤跡呢?研究團(tuán)�(duì)瞄準(zhǔn)了五種稀有氣�——�、氖、氬、氪、氙�“這些氣體具有化學(xué)惰�,是追溯太陽(yáng)�(fēng)注入�(guò)程和后期改造的忠實(shí)示蹤��”論文第一作者張徐航�(duì)《中�(guó)科學(xué)�(bào)》說(shuō)�
此前,科�(xué)家基于阿波羅、月球號(hào)和嫦娥五�(hào)正面樣品的研�,已建立起月壤揮�(fā)分主要源于太�(yáng)�(fēng)注入以及隕石、彗星撞擊的基本框架�
然而,由于月球具有二分�——正面朝向地球,會(huì)反復(fù)穿越地球磁層,背面則完全不受地球磁層遮蔽。這種空間特性對(duì)太陽(yáng)�(fēng)注入造成的影響并不得而知。嫦娥六�(hào)任務(wù)首次從月球背面南�-艾特肯盆地帶回的1935克月壤,為解�(kāi)這一謎題提供了歷史契�(jī)�
研究�(tuán)�(duì)采用分步加熱和全熔激光提取技�(shù),精�(xì)�(cè)定了五種稀有氣體的濃度與同位素組成,并著重�(duì)比了�(lái)自嫦娥五�(hào)的月壤正面樣品與嫦娥六號(hào)的月球背面樣品中重稀有氣體氪和氙的釋放規(guī)��
�(jié)果顯�,嫦娥六�(hào)月壤的氖同位素組成呈�(xiàn)出極為獨(dú)特的特征——其氖20、氖22比值平均為11.34±0.22,遠(yuǎn)低于所有已知的月球正面樣品,極為接近理論上的強(qiáng)烈分餾太�(yáng)�(fēng)端元(~11.2�。這表明月球背面經(jīng)歷了更為極端的分餾過(guò)�,使其富集重同位�,僅用傳�(tǒng)的濺�、擴(kuò)散或侵蝕模型已無(wú)法完全解�?zhuān)凳颈趁婵赡艽嬖诟鼮�?fù)雜的同位素分餾機(jī)制或一�(gè)未被�(fā)�(xiàn)的低氖同位素端元�
更關(guān)鍵的�(fā)�(xiàn)�(lái)自重稀有氣體氪和氙的釋放行�。在分步加熱�(shí)�(yàn)中,嫦娥六號(hào)樣品中太�(yáng)�(fēng)�(lái)源的氙主要在高溫階段釋放,呈單峰分布;而嫦娥五�(hào)樣品則出�(xiàn)明顯的低溫和高溫雙峰釋放模式。由于氪和氙在月壤顆粒中幾乎不發(fā)生擴(kuò)散丟�,其釋放溫度直接反映原始的注入深�——嫦娥六號(hào)背面樣品的深部釋放特征表明,太陽(yáng)�(fēng)在月球背面的注入深度整體大于正面,即背面的太�(yáng)�(fēng)粒子具有更高的入射能��
地球磁層�“�(diào)�”
為什么同一顆月球的兩面�(huì)接收到不同能量的太陽(yáng)�(fēng)?研究團(tuán)�(duì)論證�(rèn)�,是地球磁層�“�(diào)�”。當(dāng)月球圍繞地球�(yùn)行并穿越地球磁鞘�(shí),原本約每秒400公里�“正常”太陽(yáng)�(fēng)�(huì)被顯著減速至約每�200公里�“這部分慢速太�(yáng)�(fēng)只掃�(guò)月球正面,導(dǎo)致正面月壤接收到大量減速粒�,注入深度較�;而月球背面始終背�(duì)地球,完全暴露在未經(jīng)減速的太陽(yáng)�(fēng)�,因此注入深度更��”論文通訊作者賀懷宇解釋�(shuō)�
定量估算表明,在嫦娥五號(hào)著陸�(diǎn),受慢速太�(yáng)�(fēng)影響的時(shí)間約占全部太�(yáng)�(fēng)照射�(shí)間的25%,而嫦娥六�(hào)背面著陸�(diǎn)則完全不受此效應(yīng)影響�
離子注入模擬程序SRIM模擬�(jìn)一步證�(shí)了這一�(jī)�。速度約為每秒200公里的太�(yáng)�(fēng)粒子注入深度與正面淺層釋放特征一致,并且在該速度下太�(yáng)�(fēng)、隕石和彗星等組分能夠有效混�,與嫦娥五號(hào)樣品中觀察到的混合特征完全吻��
受地球磁層影�,月球正面和北面接收到的太陽(yáng)�(fēng)“�(fēng)�”存在顯著差異。地�(zhì)地球所供圖
這項(xiàng)研究首次利用月球背面樣品,實(shí)證了地球磁場(chǎng)�(duì)太陽(yáng)�(fēng)到達(dá)月表�“�(diào)�”效應(yīng),并且這種效應(yīng)永久性地保留在月壤稀有氣體的深度分布和同位素指紋�。研究還提示,月壤中的重稀有氣體有可能成為重建�(guò)去地球磁層與太陽(yáng)�(fēng)相互作用邊界�“化石記錄”,為利用地球古強(qiáng)度數(shù)�(jù)推測(cè)磁層演化提供了新思路�
“�-�-月系�(tǒng)�(nèi)的相互作用遠(yuǎn)比我們過(guò)去理解的�(fù)��”賀懷宇�(shuō)�“而月球正面和背面的稀有氣體對(duì)�,正為我們揭�(kāi)這些古老聯(lián)系的全新維度。即便是最熟悉的天體,依然隱藏著等待人�(lèi)�(fā)�(xiàn)的深層奧��”(來(lái)源:中國(guó)科學(xué)�(bào) 馮麗妃)
相關(guān)論文信息�https://doi.org/10.1038/s41561-026-02042-w