最新一項研究顯示，在長達(dá)數(shù)十億年的時間里，地球磁場可能一直在把地球大氣中的粒子“輸送”到月球表面，使這顆看似荒涼的衛(wèi)星悄然積累了與生命相關(guān)的關(guān)鍵化學(xué)元素。 科學(xué)家指出，這一過程不僅可能在月壤中留下地球大氣演化的長期“化學(xué)檔案”，還意味著月球表面潛藏著可供未來人類探月和駐留利用的資源。

研究由美國羅切斯特大學(xué)團(tuán)隊開展，成果發(fā)表在《Communications Earth & Environment》期刊上，核心觀點(diǎn)是：地球磁場并非單純“鎖住”大氣，反而在太陽風(fēng)的推動下，為部分帶電大氣粒子打開了逃逸通道。 當(dāng)太陽風(fēng)剝離地球高層大氣中的帶電粒子時，這些粒子會沿著地球磁場力線運(yùn)動，其中一些力線延伸至月球軌道附近，使粒子最終沉積在月球表層土壤（風(fēng)化層）之中。

研究團(tuán)隊成員、物理與天文學(xué)系教授 Eric Blackman 指出，通過把月壤中保存的粒子信息與太陽風(fēng)與地球大氣相互作用的計算機(jī)模擬結(jié)合起來，有望重建地球大氣與磁場在地質(zhì)歷史時期的演變軌跡。 早前阿波羅登月任務(wù)采集的樣本分析顯示，月壤中含有水、二氧化碳、氦、氬、氮等揮發(fā)性物質(zhì)，其中氮的含量尤其難以用太陽風(fēng)來源單獨(dú)解釋，為“來自地球”的假說提供了重要線索。

早在 2005 年，東京大學(xué)研究團(tuán)隊就提出，部分月壤揮發(fā)性物質(zhì)可能源自地球大氣，但當(dāng)時主流觀點(diǎn)認(rèn)為，這種轉(zhuǎn)移更可能發(fā)生在地球尚未形成全球性磁場之前，因?yàn)榇艌霰灰暈樽柚勾髿馓右莸摹氨Ｗo(hù)罩”。 羅切斯特大學(xué)的新研究則表明，這一假設(shè)并不完全準(zhǔn)確：在存在磁場的情形下，借助太陽風(fēng)與磁力線的配合作用，大氣粒子向月球輸送的效率反而更高。

為驗(yàn)證這一機(jī)理，團(tuán)隊利用高級數(shù)值模擬構(gòu)建了兩種情景：一種是早期沒有磁場、但太陽風(fēng)更為強(qiáng)烈的地球，另一種是類似當(dāng)今、擁有強(qiáng)磁場而太陽風(fēng)相對較弱的地球。 模擬結(jié)果顯示，在現(xiàn)代這類具備強(qiáng)磁場的條件下，通往月球的粒子通量更為可觀，意味著地球向月球“播撒”大氣粒子的過程，很可能貫穿了月球歷史的大部分時間。

這項研究由研究生 Shubhonkar Paramanick、地球與環(huán)境科學(xué)學(xué)者 John Tarduno 以及計算科學(xué)家 Jonathan Carroll-Nellenback 等共同完成。 他們認(rèn)為，月壤中記錄的這些粒子，構(gòu)成了追溯地球過去大氣組成、氣候演化、海洋變化乃至生命發(fā)展進(jìn)程的一扇獨(dú)特窗口。

從應(yīng)用角度看，如果月球表層長期積累了來自地球的大氣成分，那么其中的水、氮等揮發(fā)性元素，未來有望被用于支持月面人類活動，減少從地球發(fā)射物資的依賴，顯著提升深空探索的可持續(xù)性。 研究作者還指出，這一機(jī)制對于理解其他類地行星的大氣逃逸和宜居性具有更廣泛的啟示意義，例如曾經(jīng)擁有類似地球磁場和更厚大氣層的火星，其早期大氣物質(zhì)可能以類似方式被帶離星球。

編譯自/ScitechDaily