未來的登月可能會消除地球上生命如何起源的線索

研究結果表明，即使在月球南極附近著陸也可以在不到兩天的時間內將甲烷分子穿過月球表面到達北極。隨著越來越多的政府、私人公司和非政府組織計劃登月任務，研究人員表示，了解探索本身如何影響未來的科學發現變得越來越重要。

該研究發表於 地球物理研究雜誌：行星AGU 雜誌專注於行星科學。

「我們正在努力保護科學和我們對太空的投資，」歐洲太空總署行星保護官員、該研究的主要作者西爾維奧·西尼巴爾迪說。他說，月球提供了研究太陽系早期歷史的難得機會，但矛盾的是，“我們的活動確實會幹擾科學探索。”

古代月球冰可能含有生命痕跡

月球兩極附近有一些永遠不會受到陽光照射的隕石坑（稱為永久陰影區）。這些冰冷的環境中含有冰，可能捕獲了數十億年前彗星和小行星帶來的物質。

科學家認為，這些沉積物可能含有“生命起源前的有機分子”，這些化學成分最終可以結合形成生命的第一個組成部分，包括DNA。如果研究人員能夠研究這些分子的原始狀態，他們就能對生命最初在地球上如何發展有新的了解。

「我們知道太陽系中存在有機分子，例如小行星中，」西尼巴爾迪說。 “但是它們如何像在生物物質中那樣發揮特定功能是我們需要填補的空白。”

不斷變化的地球表面可能已經抹去了大部分古老的證據。相較之下，月球的部分區域數十億年來基本上保持不變，使它們成為太陽系早期歷史的完美檔案。永久陰涼的區域特別有價值，因為極冷的溫度有助於捕獲和保存分子。然而，這些冷阱也可以收集太空船所造訪的有機化合物，從而掩蓋了科學家希望研究的純物質。

電腦模擬追蹤太空船甲烷

為了研究這個問題，西尼巴爾迪和主要作者、高級技術研究所的物理學家 Francisca Paiva 以歐洲太空總署的阿爾戈任務為案例研究，開發了一個詳細的電腦模型。

研究團隊模擬了甲烷（Argonaut 推進劑燃燒產生的一種主要有機化合物）在月球南極附近著陸後如何擴散。雖然先前的研究關注的是月球上水分子的運動，但這項研究是第一個模擬甲烷等有機分子行為的研究。他們還在模擬中考慮了太陽風和紫外線輻射的影響。

「我們試圖對數千個分子以及它們如何移動、它們如何相互碰撞以及它們如何與表面相互作用進行建模，」魯汶大學碩士生、歐洲太空總署研究實習生派瓦說。 “它需要大量的計算能力。我們必須運行每個模擬數天或數週。”

甲烷可以在幾天內擴散到整個月球

模擬顯示，甲烷在不到兩個月的陰曆日內到達了北極。在 7 個太陰日（地球上幾乎 7 個月）內，所有釋放的甲烷中有一半以上被「困在寒冷中」在永遠寒冷的極地地區，其中 42% 積聚在南極，12% 積聚在北極。

「最後期限是最大的驚喜，」西尼巴爾迪說。 “一周之內，你就可以得到從南極到北極的分子分佈。”

由於月球幾乎沒有大氣層，因此快速膨脹是可能的。如果沒有空氣分子來減慢它們的速度，甲烷分子就會在重力的影響下自由移動，因為它們受到陽光的激發，並從表面反彈，而低溫會降低它們的速度。

「它們的軌跡本質上是彈道的，」派瓦說。 “他們從一個地方走到另一個地方。”

派瓦表示，這意味著沒有絕對安全的著陸地點。 “我們證明分子可以在整個月球上傳播。最終，無論你降落在哪裡，到處都會受到污染。”

保護未來的月球科學

研究人員強調，污染不一定是不可避免的。派瓦說，與較溫暖的地區相比，較冷的著陸區可能有助於使逃逸分子更加局部化。西尼巴爾迪還計劃調查逃逸的分子是否只保留在冰的表面，而不影響更深的物質並適合科學研究。

兩位研究人員都強調，電腦模擬必須透過未來月球任務的額外建模和直接測量來證實。

西尼巴爾迪說：“我想把這個討論帶到宣教團體中，因為畢竟這不是理論上的，而是我們要去那裡的現實。” “如果我們沒有工具來驗證船上的這些模型，我們就會失去機會。”

派瓦也希望研究除甲烷以外的材料，包括油漆和橡膠等太空船零件釋放的化合物，是否會污染具有重要科學意義的月球地點。

「我們有法律來規範南極洲和國家公園等地球環境的污染，」他說。 “我認為月球是一個與這些環境一樣有價值的環境。”

該研究發表於 地球物理研究雜誌：行星在 AGU 雜誌上。