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月尘你了解吗?

做朋友     2022-06-22    
来源: 科普中国-科学原理一点通

 人类登上月球之后,我们逐渐了解到月球表面由于环境的长期作用而形成了厚厚的一层微小粒子。再加之月球重力不足,仅为地球上的六分之一,这些长期处于低重力环境以及近乎真空的条件下的细小颗粒,就很容易因为自然或人为活动扰动而悬浮于空中,也就是所谓的“月尘”。月尘属于月壤中的“小不点”,是月壤组分中直径小于20微米的部分,大概占月壤总量的20%。和地球上土壤的形成过程不同,月壤是在缺乏氧气、水、风和生命活动的情况下,通过陨石和微陨石撞击、宇宙射线和太阳风粒子的持续轰击、大幅度昼夜温差变化等三个过程的共同作用,导致月球表面岩石破碎而形成的。

       细细剖析月尘的结构,其成分中大部分是由辉石、斜长石以及富含冲击生成玻璃的颗粒等组成。但这并不是一成不变的,根据岩床类型(月球表面阴暗部位或高地)、颗粒粒径分布以及土壤成熟度等因素,月尘中各组分的相对比例也会有所不同。一般来说,土壤成熟度越高、颗粒粒径越小,其中玻璃成分含量也就随之升高。和月壤的形成过程有关,月尘中还含有少量矿物橄榄石、钛铁矿以及月表火山喷发时火焰所形成的玻璃小体。月尘的化学成分则会根据取样点的不同而展现出差异,随着在月球表面取材的地点不同而有所差异,月尘中基本含有几乎所有已知的元素,含量水平不等。存在于月尘颗粒的透明边缘的纳米铁一直以来都受到广泛的关注,月尘颗粒粒径越小,纳米铁含量越高。它的形成得益于陨石或微陨石的冲击作用,在冲击作用下,月壤中的矿物或玻璃会急速加热熔化蒸发,那些挥发的蒸气浓缩沉降就会形成纳米铁。

       月尘具有许多独特的性质,因而也造成了不少奇特的现象。例如在整个月球日照地区有一个壮观的带电灰尘带,以前人们误以为这是“月球大气”,直到后来才明白是月尘的“魔力”,这是因为在月球的日照面,太阳紫外线和X射线等各种高能射线的轰击,使得月球表面尘埃物质的原子与分子中的电子发生跃迁,直至电离。这些微粒所带的正电荷积累增强,直到使尘埃微粒相互排斥,甚至离开月球表面,上升到数米甚至数千米的空中悬浮起来。

       在探月过程中,月尘带来的麻烦主要有两点。一是对航天器的影响。由于月尘极其细小,一旦附着在辐射器、太阳能电池板等物体上便很难清除,带有黏性的特点使得它们积聚静电,在电场作用下或上升喷发或四处激荡,可能引起很多故障,包括机械结构卡死、密封机构失效、光学系统灵敏度下降、部件磨损以及热控系统故障等,影响探月活动的开展。二来就是对航天员的影响,月尘形状不规则,且都有尖利边缘,能割破坚韧的宇航服,月尘对人体有一定的毒性。

       本文由中国人民大学附属中学第二分校一级教师王和意进行科学性把关。


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