數十億年來，地球一直在為月球提供食物

乍一看，月亮似乎毫無生氣且毫無生氣。但它的表面可能講述了一個更複雜的故事。數十億年前，地球大氣層的一小部分可能到達月球並嵌入其土壤中。其中可能包括有一天可以幫助支持人類在月球上活動的材料。但直到最近，科學家們還不確定這些粒子如何傳播如此長的距離，或者這個過程需要多長時間。

羅切斯特大學的研究人員現在報告說，地球磁場可能有助於而不是阻止這種轉移。他們的研究發表在 自然、地球和環境的聯繫它表明，被太陽風提升的大氣分子可以沿著地球磁場向外引導。由於這種磁屏蔽已經存在了數十億年，它可以使物質在很長一段時間內緩慢但連續地從地球移動到月球。

“通過將保存在月球土壤中的粒子的數據與太陽風如何與地球大氣層相互作用的計算模型相結合，我們可以追踪地球大氣層及其磁場的歷史，”羅徹斯特大學激光能源實驗室（LLE）的物理和天文學系教授、傑出科學家埃里克·布萊克曼（Eric Blackman）說。

這些結果表明，月球土壤可能保存著地球大氣的長期檔案。它還提出了一種可能性，即月球蘊藏的資源對於未來在那裡生活和工作的宇航員來說可能很有價值。

阿波羅樣本揭示了什麼

20 世紀 70 年代阿波羅任務期間收集的月球岩石和土壤是這項研究的關鍵。對這些樣本的分析表明，月球表層（稱為風化層）含有揮發性物質，如水、二氧化碳、氦、氬和氮。其中一些物質顯然來自太陽風，即從太陽流出的持續的帶電粒子流。然而，其存在量（尤其是氮）太大，無法僅用太陽風來解釋。

2005年，東京大學的科學家提出，這些揮發物的一部分源自地球大氣層。他們認為這種轉移只能發生在地球歷史的早期，即地球形成磁場之前。他們的假設是，一旦磁場形成，就會阻止大氣分子逃逸到太空中。

羅切斯特團隊得出了不同的結論。

模擬從地球到月球的旅程

為了更好地了解大氣分子如何到達月球，研究人員使用了先進的計算機模擬。該團隊成員包括物理與天文學系研究生、LLE 霍頓研究員 Shubunkar Paramanik；地球與環境科學系的 John Tarduno、William R. Keenan Jr.；喬納森·卡羅爾·內倫巴克（Jonathan Carroll Nelenback）是綜合研究計算中心的計算科學家，也是物理和天文學系的助理教授。

他們的模擬測試了兩種條件。其中一個代表了地球的早期版本，沒有磁場和更強的太陽風。另一個模型是現在的地球，具有較強的磁場和較弱的太陽風。結果表明，在現代地球場景中，將粒子運輸到月球的效率要高得多。

在這種情況下，太陽風可以從地球高層大氣中排出帶電粒子。然後，這些粒子沿著地球的磁力線移動，其中一些磁力線延伸到足夠遠的太空中，與月球軌道相交。數十億年來，這個過程就像一個緩慢的漏斗，讓少量的地球大氣層沉積在月球表面。

地球過去的記錄和未來的資源

由於這種交換發生在很長一段時間內，月球可能保存著地球大氣歷史的化學記錄。研究月球土壤可以為科學家提供關於地球氣候、海洋甚至生命本身數十億年來如何演變的新見解。

分子的持續輸送也表明月球可能含有比之前假設更多的有益物質。水和氮等揮發性元素可以幫助維持人類在月球上的長期活動，減少從地球運送物資的需要，並使未來的探索更加實用。

帕拉馬內克說：“我們的研究對於理解火星等行星上的早期大氣逃逸也可能具有更廣泛的意義，火星如今缺乏全球磁場，但過去擁有與地球相似的磁場，而且大氣層可能更厚。” “通過研究行星演化以及不同時期的大氣逃逸，我們可以深入了解這些過程如何塑造行星的宜居性。”

該研究部分得到了美國宇航局和國家科學基金會的資助。