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科学家探索月球神秘电离层之谜,发现满月之际“最来电”

2024-11-03 221

中秋正是花好月圆时,不过当你和亲朋好友抬头仰望满月,一项新研究指出,此时可能也是月亮“最来电”的时刻──电离层增强至可影响周围环境。

大约 40 年前,苏联的月球 19 号与月球 22 号太空船近距离绕行月球,首度发现大气稀薄到可不计的月球,竟反常地拥有一个强大电离层(单纯和月球大气层做比较),每立方公分至少有 1,000 个电子。

电离层(ionosphere)位在行星大气层的最外层,在太阳和宇宙射线的辐射下,空气分子被电离为自由电子与正电荷离子,使得这里的气体变为电浆体。

美国太空总署(NASA)指出,电离层在地球上对导航与通讯意义重大,比如电离层可以反射无线电波,让地面短波讯号从地点 A 传输到遥远的地点 B;电离层也会散射来自 GPS 卫星的讯号,有时导致你的 GPS 失灵。

不过月球电离层的由来便众说纷纭了,毕竟月球大气层相当稀薄、接近真空,总质量低于 10 公吨,没道理电离层可以异军突起,所以也有科学家认为这不能称为月球大气层。

2011 年时 NASA 戈达德太空飞行中心科学家 Tim Stubbs 倒是提出“月尘”概念来解释电离层成因,来自太阳的紫外线照射到尘埃分子并电离它们,根据计算,这过程能产生足够的带电粒子,形成我们所观察到的电离层。问题在于,月球的电离层和地球相比还是脆弱多了,当它被地球和太阳的电浆流淹没时几乎侦测不到,也因此月球电离层许多特征尚被隐藏在迷雾背后,引发大量争论。

月球电离层在满月之际增强

撇开月球电离层由来不谈,为了解决其他谜团,美国爱荷华大学物理与天文学系副教授 Jasper Halekas 团队利用 NASA 的 ARTEMIS(Acceleration, Reconnection, Turbulence and Electrodynamics of the Moon’s Interaction with the Sun)轨道器,重新了解月球电离层如何受到太阳影响。

这个轨道器放置在特殊轨道,能追踪太阳风轰炸月球向阳面的电浆波,并建立更详细的月球电离层图,首次揭露月球电离层比地球电离层还稀薄百万倍。尽管很弱,但团队还是发现,当月球与太阳分列地球两侧、也就是满月之际,月球仿佛进入地球打造的太空避难所,其电离层强度在地球保护下变得更突出,明显可以影响周围环境。

这也意味着满月时,月球等离子体可以明显扰乱来自地球与太阳的等离子体,甚至地球和月球之间可能搭起一条等离子波互相交换粒子。

奇怪的月球电离层谜团仍然令天文学家雾里看花,但总之,不要单纯地只把月球想成天空中一块沉重、死寂又沉闷的岩石。

新研究发表在《地球物理研究快报》(Geophysical Research Letters)。

  • The Moon Is Electric—Especially When It’s Full
  • Full Moons Get Electrified by Earth’s Magnetic “Tail"
  • Mystery of the Lunar Ionosphere

(首图来源:NASA)

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