科學家揭開月球水源可能的產生途徑

 

 對月球的氫氣進行測量

 

據美國《每日科學》網站報導，從人類首次踏上月球的土地並將月球岩石樣本帶回地球研究以來，科學家一直認為月球表面是乾燥和堅硬的。美國和印度的三個空間探測器的觀測結果卻找到了月球上存在水的證據。但是月球上的水究竟是如何形成的？歐洲和印度科學家根據“月船一號”探測器的探測結果發現了月球水源可能的產生途徑。

 

北京時間10月9日，美國宇航局連續用一枚半人馬座運載火箭和月球隕坑觀測和傳感衛星(LCROSS)撞擊月球南極的凱布斯坑，以探測月球之上的水冰，掀起了人類在月球上找水的高潮。此前，印度首個月球探測器“月船一號”，掠過月球的美國“卡西尼號”和“深度撞擊”探測器分別發現過月球有水的證據。科學家認為月球上水的來源可能有三種：一是來自撞擊月球的彗星或小行星；二是撞擊事件釋放出了月表下面的水；三是攜帶氫原子的太陽風，氫原子與月球土壤中的氧原子結合之後形成水。 “月船一號”的觀測結果證實了月球水源形成的第三種可能。

 

水是氫氧化合物，水的形成離不開氫原子和氧原子。月球就像是一個大海綿球，不斷吸收著來自太陽的帶電粒子。這些帶電粒子與月球表面灰塵中的氧原子發生反應，從而產生了水。這是印度“月船一號”探測器搭載的由歐洲航天局(ESA)與印度空間研究組織(ISRO)共同開發的“亞千電子伏原子反射分析儀”(SARA)的觀測結果，進一步驗證了月球表面水源產生的可能途徑。同時，也為科學家研究月球和太陽系中其他無空氣天體提供了新的思路。

 

SARA是“月船一號”搭載的三部歐洲航天局探測裝置之一，由來自瑞典、印度、日本和瑞士的科研小組共同製造。 “月船一號”於2009年8月完成使命。

 

月球表面是由不規則的鬆散灰塵構成的，稱作風化層。來自太陽的粒子會輕易進入灰塵間的空隙並被吸收。當某些質子與月球風化層中的氧原子發生反應時，就會產生氫氧基和水。這種分子反應模式新近才被“月船一號”探測器的“月球礦物繪圖儀”研究小組發現和報導。

 

SARA的探測研究結果證實，來自太陽的氫原子核確實被月球風化層所吸收，從而有可能產生水。但同時，新的奧秘出現了：並不是所有的質子都被吸收，有五分之一的質子又被反射回了太空。在此過程中，質子與電子結合而成為氫原子核。 “該發現出乎我們的意料之外。”歐洲SARA首席研究員、瑞士空間物理研究所科學家斯塔斯-巴拉巴士說。

 

雖然巴拉巴士等人不知道造成反射的具體原因，該發現還是為進一步研發新的月球成像技術鋪平了道路。氫氣以每秒200公里的速度飛向空中，月球微弱的引力沒有造成其偏離。由於氫氣是電中性的，也不會受到太空磁場的影響。因此氫原子就像光子一樣直線飛行，基本上每個原子都能夠返回原地，並在圖像中體現出來。而發出氫氣最多的地方亮度最高。

 

雖然月球沒有總體性的磁場，但有些岩石已經被磁化了。巴拉巴士和他的團隊正在積極繪製圖片，以期在月球岩石中尋找這種“磁極異常”。這種異常產生磁泡使進入的質子發生偏離而到了周圍區域，使得圖片中的磁性岩石看起來有些暗。

 

這些質子是太陽風的產物，無數的粒子流不斷從太陽爆發出來。質子與太陽系的所有天體相碰撞，通常會停留在相撞天體的大氣層中。如果某些天體沒有自然的外部屏障，太陽風就會直達星體表面，例如水星。 SARA小組推測太陽風中的質子也會在這些天體形成氫原子並反射回太空。

 

這項研究結果為歐洲航天局的貝皮-哥倫布水星探測計劃提供了及時的幫助。貝皮-哥倫布飛船將搭載兩部類似SARA的裝置飛向水星，或許會發現這顆距離太陽最近的行星反射出遠比月球更多的氫原子，因為那裡的太陽風比月球更加集中。