作者:王方 来源:中国科学报 发布时间:2022/3/20 20:04:06
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谁在保护月球上的冰

 

月球上的沙克尔顿环形山,因太阳永远照不到此处,其中可能有冰。图片来源:美国宇航局/戈达德太空飞行中心

多年来,科学家一直认为,月球两极寒冷的环形山中存在水冰。这对科学研究而言是个好消息,它也是潜在的资源。现在,研究人员发现了为什么冰在一个极其干燥的世界上持续存在的原因——一些极地陨石坑可能受古代磁场的保护。

“这真的很令人兴奋。”未参加这项研究的美国宇航局前首席科学家Jim Green说,“它让这些地方变得更加让人着迷。”

数百个极地陨石坑处于永久阴影中,这是因为月球对太阳的倾斜度很小,为1.5°,而地球为23.4°。太阳永远不会从陨石坑周边升起,因此将温度保持在-250摄氏度。在一些坑中,航天器上的雷达仪器检测到了水冰的反射特征,这可能是彗星撞击造成的。

2018年,科学家利用印度“月船1号”月球探测器上的仪器,报告了极地冰分子是如何吸收红外光的测量结果。这是迄今最确凿的证据之一。

然而,解释冰的存在一直是个挑战。虽然太阳光不能抵达陨石坑,但太阳风可以。这些带电粒子可以在被称为“溅射”的过程中,一个分子一个分子地破坏冰。

未参加这项研究的夏威夷大学马诺阿分校行星科学家Paul Lucey说,“它具有高度腐蚀性。这些冰将在几百万年内消失。”

亚利桑那大学行星科学家Lon Hood和同事现在确认了为什么冰会一直存在。近日在休斯顿举行的月球与行星科学会议上,他们发表了一项研究,表明月球古代遗留下来的磁异常可能保护着这些陨石坑。

“这些异常现象可以使太阳风偏转。”Hood说,“我们认为,它们在屏蔽永久阴影区域方面可能非常重要。”

自从1971年和1972年阿波罗15号和16号任务以来,研究人员就已经知道了这些异常现象,当时宇航员测量了有异常磁场强度的区域。目前已知一些异常区域的直径可达数百公里。

尽管它们的起源仍有争议,但有一种可能性是,它们是在40多亿年前月球有磁场、富含铁的小行星撞击其表面时产生的。由此产生的熔融材料可能已被永久磁化。

人们认为,在月球表面存在数千种异常现象,但Hood利用日本“月亮女神号”月球探测器的数据详细绘制了南极的异常。他发现至少两个异常的永久阴影陨石坑——Sverdrup和Shoemaker,而且可能还有更多。尽管残余磁场仅为地球的数千分之一,但它们足以偏转太阳风。

已知异常的陨石坑可能成为科学研究和探索的主要目标。美国宇航局已经计划在明年发射名为“毒蛇”的探测器前往月球南极地区。作为阿尔忒弥斯计划的一部分,该机构打算在本十年晚些时候将人类送往那里。对冰的研究可以揭示它是如何输送的,这反过来可能会揭示地球是如何获得水的。

目前需要更多数据证实这些磁场的保护作用。Hood希望在陨石坑表面放置一个太阳风仪器,可以测量通过陨石坑边缘的带电粒子。“我们还需要收集样本,并确定什么被磁化了。”

但目前没有这类任务的计划。考虑到许多太空机构重新关注月球,Lucey认为,这些含冰陨石坑的神秘性需要加以研究。“为什么有的地方结冰,有的地方不结冰?” Lucey说,“需要研究这些磁场,作出一种可能的解释。”

 
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