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月球|地球为什么能让没有氧气的月球“生锈”？( 二 )


那么 ， 月球高纬度地区的氧化条件是如何形成的？地球在其中扮演了什么角色？首先说一下氧元素的来源问题 ， 研究者认为生成赤铁矿所需的氧来自于地球的高层大气 。 与地面的不同 ， 那里的氧原子处以高度电离状态 ， 在地球磁场的作用下 ， 这些带电粒子能传播到遥远的行星际空间 。 地磁场就像一个巨大的“防护罩” ， 使地面的生物免受太阳风的威胁 。 太阳风与地磁场的相互作用 ， 使得面向太阳一面的磁场被严重压缩 ， 而背对太阳一侧的地磁场则向反方向一路延伸 ， 犹如一条长长的尾巴 ， 因而称为“磁尾” ， 长度至少在数百个地球半径以上 。 地球磁尾具有了类似“运输通道”的作用 ， 地球高层大气中的电离粒子 ， 能够沿着磁尾中稀疏的磁感线被输送到遥远的空间 ， 这些来自地球的等离子体带电粒子流被称为“地球风（Earth wind)” 。
月球|地球为什么能让没有氧气的月球“生锈”？
本文图片

太阳风与地磁场示意图 ， 图源：NASA
月球围绕地球公转的周期约为30天 ， 且公转轨道与地球磁尾有交叠 ， 因此月球在每个月里会定期穿过地球的磁尾 。 由于磁尾位于太阳的反方向 ， 月球穿过磁尾大概是在满月前后的6天时间里 ， 在这段特别的时间里 ， 磁尾中的磁场将为月球阻挡99%以上的太阳风 ， 使月面的还原性大减 ， 同时地球风又输送来氧化反应所必须的氧离子（当然量不会太多） ， 这些条件为赤铁矿的形成提供了一个短暂的窗口期 。 在围绕地球运行的过程中 ， 月球总是以同一面朝向地球 ， 因此这一面（正面）理应接受到更多的氧离子 ， 而此项研究也确实证实了赤铁矿主要存在于月球正面 。
既然穿行在磁尾中的月球已经具备了氧化条件和和地球来的氧元素 ， 形成赤铁矿还差最后一个参与者——水 ， 但月球无大气层 ， 导致液态水无法存在 ， 目前仅在月球背面的陨石坑里发现固态的水冰 ， 那么水要里从哪来？研究者推断 ， 缺少大气层的保护 ， 月面会频繁遭受星际尘埃粒子等小型天体的轰击 ， 这有将助于释放月球表层中的水分子 ， 同时这些外来的尘埃粒子本身也可能携带水分子 ， 进而与月壤中的铁发生氧化反应 ， 产生锈迹 。 另外撞击产生的热量会加快氧化反应速率 。
就这样 ， 月球每次穿过磁尾 ， 月面都会被锈蚀一点点 ， 也就是说月面正在慢慢变红 ， 经过数十亿年的不断积累 ， 演变成今天这幅状态 ， 然后被地球上的人类发现、研究 。 当然 ， 以上的解释还主要基于理论预测 ， 仍需要大量的观测数据作为支撑 。 随着未来众多更加先进的无人探月和载人登月计划的实施 ， 关于月球更多的秘密将被揭开 。
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图源：sservi.nasa.gov
地月系统之间有着漫长的演化历史 ， 其年龄和太阳系差不多 ， 二者之间的关联远比人类所想象的要复杂得多 。 只有更好的了解我们的邻居 ， 人类才能以此作为前哨站 ， 迈向更远的太空 。 回过头来 ， 这对于认识地球自身也有着重要的启示意义 。
责编 | 李珊珊
来源：赛先生

【月球|地球为什么能让没有氧气的月球“生锈”？】编辑：CC


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