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月球大气:电离层具有高等离子体密度  

母亲最美的事情之一 地球 是存在一个 气氛。 如果没有从四面八方完全包围地球的活跃空气层,地球上的生命就不可能存在。 在地质时代大气演化的早期阶段,地壳内的化学反应是气体的关键来源。 然而,随着生命的进化,与生命相关的生化过程接管并维持了当前的气体平衡。 由于地球内部熔融金属的流动产生了地球磁场,导致大部分电离太阳风(带电粒子的连续流,即源自太阳大气的等离子体)偏转远离地球。 大气的最上层吸收剩余的电离辐射,进而被电离(因此称为电离层)。  

月球,地球的天然卫星,有大气层吗?  

月球没有我们在地球上体验到的大气层。 它的引力场比地球弱; 虽然地球表面的逃逸速度约为 11.2 公里/秒(不考虑空气阻力),但在月球表面仅为 2.4 公里/秒,远低于月球上氢分子的均方根 (RMS) 速度。 结果,大部分氢分子逃逸到太空,月球无法在其周围保留任何重要的气体层。 然而,这并不意味着月球根本没有大气层。 月球有大气层,但它太薄了,以至于月球表面几乎处于真空状态。 月球的大气层非常稀薄:大约是地球大气层的 10 万亿倍。 月球大气层的密度与地球大气层最外层边缘的密度相当1. 正是在这种背景下,许多人认为月球没有大气层。  

太阴 大气对于人类的未来很重要。 因此,在过去的 75 年里进行了一系列的研究。  

美国航空航天局阿波罗任务首次探测到月球大气层时做出了重大贡献4. 阿波罗 17 号的月球大气成分实验 (LACE) 在月球表面发现了少量的原子和分子(包括氦、氩,可能还有氖、氨、甲烷和二氧化碳)1. 随后,基于地面的测量使用发射线光谱法发现了月球大气中的钠和钾蒸气2. 也有报道称在行星际空间和 H 中发现了从月球发出的金属离子2月球极地的冰3.  

最后 3 Ga(1 Ga 或 giga-annum = 1 亿年或 109 年),月球的大气层是稳定的,具有低密度的表面边界外逸层(SBE)。 在此之前,由于月球上的大量火山活动,月球的大气虽然短暂,但更为突出4.

最近发表的研究使用了测量 ISRO月球轨道飞行器揭示月球电离层可以具有非常高的电子密度。 月球表面电子密度可高达1.2×105 每立方厘米,但太阳风充当强大的去除剂,将所有等离子体扫向行星际介质5. 然而,有趣的发现是观察到尾流区域(太阳风在逆向方向上的尾随扰动区域)中的高电子含量。 考虑到太阳辐射和太阳风都不会直接与该区域中可用的中性粒子相互作用,因此它比白天方向要大6. 研究表明尾流区的主要离子是 Ar+, 和氖+ 比分子离子(CO2+, 和H2O+ ) 在其他地区占主导地位。 由于它们的寿命更长,Ar+ 和氖+ 离子在尾流区域存活,而分子离子重新结合并消失。 在太阳过渡期间,在月球极地附近也发现了高电子密度5,6

美国宇航局计划的阿尔忒弥斯登月任务旨在在月球表面建立阿尔忒弥斯大本营,并在月球轨道上建立门户。 这必将有助于更详细、更直接地研究月球大气7.  

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参考文献:  

  1. NASA 2013。月球上有大气层吗? 可在线获取 https://www.nasa.gov/mission_pages/LADEE/news/lunar-atmosphere.html#:~:text=Just%20as%20the%20discovery%20of,of%20Earth%2C%20Mars%20or%20Venus.  
  1. Potter AE 和 Morgan TH 1988。在月球大气中发现钠和钾蒸气。 科学 5 年 1988 月 241 日,第 4866 卷,第 675 期,第 680-XNUMX 页。 DOI: https://doi.org/10.1126/science.241.4866.67 
  1. Stern SA 1999。月球大气:历史、状态、当前问题和背景。 地球物理学评论。 首次出版:01 年 1999 月 37 日。第 4 卷,1999 年 453 月 491 日。第 XNUMX-XNUMX 页。 DOI: https://doi.org/10.1029/1999RG900005 
  1. Needham DH 和 Kringab DA 2017。月球火山活动在古月球周围产生了短暂的大气层。 地球和行星科学快报。 第 478 卷,15 年 2017 月 175 日,第 178-XNUMX 页。 DOI: https://doi.org/10.1016/j.epsl.2017.09.002  
  1. Ambili KM 和 Choudhary RK 2021。月球电离层中离子和电子的三维分布源自光化学反应。 皇家天文学会月报,第 510 卷,第 3 期,2022 年 3291 月,第 3300–XNUMX 页,DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stab3734  
  1. 特里帕蒂 KR, 2022.利用月船二号轨道器上的双频无线电科学(DFRS)实验研究月球电离层的特征。 皇家天文学会月报:快报,第 2 卷,第 515 期,1 年 2022 月,L61-L66 页,DOI: https://doi.org/10.1093/mnrasl/slac058  
  1. 美国国家航空航天局 2022 年。阿尔忒弥斯任务。 可在 https://www.nasa.gov/specials/artemis/ 

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乌梅什·普拉萨德(Umesh Prasad)
乌梅什·普拉萨德(Umesh Prasad)
科学记者| 《科学欧洲》杂志创始人编辑

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