中國嫦娥六號揭示了月球兩側太陽風吹向不同的原因

對中國嫦娥六號任務收集的材料的分析現在表明，地球磁層是造成這種對比的主要原因。研究結果發表於 自然地球科學。

月亮塵埃記錄了太陽風

太陽風是太陽釋放的帶電粒子的連續流。由於月球沒有厚厚的大氣層，也沒有全球磁場，這些粒子直接撞擊月球表面。

隨著時間的推移，月球風化層保存了這種暴露的證據。它是太陽風提供的揮發性物質的自然檔案，包括稀有氣體（He、Ne、Ar、Kr、Xe）。由於這些元素很少與其他材料發生化學反應，科學家可以將它們用作太陽風粒子如何進入並沉積在月球土壤上的可靠標記。

直到最近，研究人員只能研究月球附近的樣本。如果沒有遠場材料，他們無法直接測試太陽風撞擊在兩個半球之間是否存在系統性差異。

當中國的嫦娥六號任務從月球遙遠的南極艾特肯盆地帶回 1.935 克風化層時，情況發生了變化。這些樣本提供了第一個直接機會來比較太陽風粒子如何從月球兩側沉積在土壤上。

嫦娥六號樣本顯示同位素差異

中國科學院地質與地球物理研究所（IGG）領導的團隊對嫦娥六號物質中氦、氖、氬、氪、氙的同位素組成和濃度進行了分析。

該研究由IGG博士後張旭航在何懷宇教授的指導下進行。該計畫還涉及中國科學技術大學的研究人員和嫦娥七號揮發性有效載荷團隊的成員。

最明顯的差異之一出現在氖同位素。嫦娥六號風化層的平均 ²⁰是的/²²Ne比率11.34±0.22。該值遠低於先前研究的所有附近樣本的測量值，但與太陽風強烈分裂後預期的理論成分一致。

這種模式表明，遠端經歷了更強烈的同位素分餾，而較重的氖同位素變得相對更加豐富。

太陽風深入遠方

氪和氙證明兩個半球暴露在不同能量的粒子中。

在分級加熱實驗中，太陽風提供的氙氣主要在高溫下從嫦娥六號材料中釋放出來，產生單一的高溫峰值。附近的嫦娥五號樣本表現出不同的模式，在低溫和高溫下都釋放出大量氙氣。

對比顯示太陽風粒子更深入地滲透到遙遠的風化層。更深的沉降通常需要具有更高能量的粒子，這表明月球的背面暴露在更快、更有能量的太陽風中。

地球如何減慢太陽風的速度

研究人員透過地球磁層的「速度」效應來解釋這種差異。

當月球繞地球運行時，它有時會穿過磁層，也就是磁層周圍的緩衝區域。在這個區域內，太陽風的速度從正常的 400 公里/秒減慢到大約 200 公里/秒。

速度降低主要影響月球面向地球的近側。較低能量的粒子不會在地表深處行進，因此它們的植入更接近風化層的頂部。

遠端總是遠離地球，不會受到同樣的影響。它仍然暴露在暢通無阻的太陽風中，使速度更快的粒子能夠進一步滲透到月球土壤中。

研究人員估計，嫦娥五號著陸點記錄的總太陽風暴露量中約有 25% 是由於流速較慢造成的。相較之下，遙遠的嫦娥六號站點並沒有顯示出相同保護作用的證據。

月球土壤可能記錄地球磁力的過去

這些遠場樣本提供了第一個直接物理證據，證明地球磁層控制太陽風粒子到達月球不同部分的速度。撞擊被永久記錄在顆粒進入風化層的深度和其中捕獲的稀有氣體的同位素特徵中。

研究人員還提出，月球土壤中的重惰性氣體可能充當太陽風與地球磁層之間早期相互作用的「化石記錄」。當與古地磁證據結合分析時，這些氣體可以為地球磁層如何隨時間變化提供新的見解。

結果表明，太陽、地球和月球之間的關係比科學家之前所理解的更為複雜。他們還認為，月球保存了這些古代相互作用的隱藏證據，為研究人員提供了一種探索地球磁環境長期歷史的新方法。