地球大气层可能是一些月球水的来源

根据阿拉斯加大学费尔班克斯地球物理研究所科学家的新研究，从地球上层大气逸出并在月球上结合的氢和氧离子可能是已知月球水和冰的来源之一。

由 UAF 地球物理研究所副研究教授 Gunther Kletetschka 领导的这项工作增加了关于月球北极和南极水的越来越多的研究。

寻找水是 NASA 的 Artemis 项目的关键，该项目计划人类在月球上的长期存在。宇航局计划在这十年将人类送回月球。

“由于宇航局的阿尔忒弥斯团队计划在月球南极建立一个大本营，因此地球上许多亿年前起源的水离子可用于宇航员的生命支持系统，”克莱特奇卡说。

这项新的研究估计，月球的极地地区可以容纳多达 3,500 立方公里(840 立方英里)或更多的地表永久冻土或由逃离地球大气层的离子产生的地下液态水。这与世界第八大湖北美休伦湖相当。

研究人员根据最小体积模型计算得出的总数——地球大气逃逸的 1% 到达月球。

人们普遍认为，大部分月球水是由与月球相撞的小行星和彗星沉积的。大多数是在被称为晚期重型轰炸的时期。在那个时期，大约 35 亿年前，当太阳系大约有 10 亿年的历史时，人们认为早期的内行星和地球的月球受到了小行星异常沉重的撞击。

科学家们还假设太阳风是一个来源。太阳风携带氧和氢离子，它们可能已经结合并以水分子的形式沉积在月球上。

现在还有另一种方法可以解释水是如何在月球上积聚的。

该研究于 3 月 16 日发表在《科学报告》杂志上，由 Kletetschka 撰写并由博士合着。北方工程研究所地球物理研究所和 UAF 水与环境研究中心的学生 Nicholas Hasson。来自捷克共和国的几位同事也是合著者之一。

Kletetschka 和他的同事们建议，当月球通过地球磁层的尾部时，氢和氧离子会被带入月球，这是在月球每月绕地球一周的五天中进行的。磁层是由地球磁场产生的泪珠状气泡，它保护地球免受大部分持续的带电太阳粒子流的影响。

来自多个航天机构(宇航局、欧洲航天局、宇宙航空研究开发机构和空间研究组织)的最新测量结果显示，在月球穿过这部分磁层期间存在大量形成水的离子。

这些离子自晚期重型轰炸以来逐渐积累。

月球在磁层尾部的存在，称为磁尾，会暂时影响地球的一些磁力线——那些被破坏的磁力线，这些磁力线只是简单地拖入太空数千英里。并非所有地球的场线都连接到地球的两端;有些只有一个连接点。将这些中的每一个想象成在刮风的日子里拴在杆子上的线。

月球在磁尾中的存在导致这些断裂的磁力线中的一些与它们相反的断裂对应物重新连接。当这种情况发生时，逃离地球的氢和氧离子会冲向那些重新连接的场线并加速返回地球。

该论文的作者认为，许多返回的离子会撞击经过的月球，而月球本身没有磁层来排斥它们。

“这就像月亮在淋浴——一阵水离子回到地球，落在月球表面，”克莱特奇卡说。

然后这些离子结合形成月球永久冻土。其中一些通过地质和其他过程(如小行星撞击)被驱动到地表以下，在那里它可以变成液态水。

该研究小组使用来自宇航局月球勘测轨道器的引力数据来研究极地地区以及几个主要的月球陨石坑。撞击坑地下测量中的异常表明裂缝岩石的位置有助于容纳液态水或冰。研究论文称，这些地下位置的重力测量表明存在冰或液态水。

最新研究建立在新论文的四位作者(包括 Kletetschka)于 2020 年 12 月发表的工作之上。