我们终于知道月球的大气层来自哪里

“我们给出了明确的答案，即陨石撞击汽化是创造月球大气的主要过程。”

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人们很容易将月球想象成一块没有大气层、绕地球运行的岩石。然而，虽然缺乏可呼吸的空气，我们星球忠实的天然卫星伴侣却拥有稀薄而稀薄的大气层。

长期以来，科学家们对这种稀薄的大气层或“外逸层”的存在感到困惑，并一直在寻找维持它的主要过程，但新的研究表明，这种稀薄的月球大气层或“外逸层”的存在归因于剧烈的月球大气层或“外逸层”造成的更新和补充。太空岩石轰击月球。

这项研究背后的团队表明，月球的大气层主要是通过这种攻击造成的“撞击汽化”现象来维持的，并且已经持续了数十亿年。当撞击掀起月球土壤时，就会发生这一过程，使物质蒸发，这些物质要么逃逸到太空，要么悬浮在月球上空，从而更新其外逸层。

“我们给出了明确的答案，陨石撞击汽化是创造月球大气的主要过程，”麻省理工学院（MIT）助理教授、团队负责人妮可·聂（Nicole Nie）在一份声明中说。 “月球已有近 45 亿年的历史，在那段时间里，月球表面不断受到陨石的轰击。我们表明，最终，稀薄的大气层达到了稳定状态，因为它不断受到月球各处的小撞击的补充。 ”

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月球的暴力历史

月球表面坑坑洼洼、伤痕累累，是一个清晰而明显的地质提醒，表明在其近 45 亿年的历史中，它一直布满了太空岩石。

在月球诞生的早期，婴儿期的太阳系充满了暴力和动荡。因此，月球表面经常遭到巨大陨石的撞击。随着时间的推移，太阳系天体之间的碰撞将许多较大的太空岩石磨碎。这意味着，随着月球老化，轰炸仍在继续，但攻击者缩小为更小的“微流星体”，即来自太空的比一粒沙还小的粒子。然而，这些不太剧烈的撞击仍然足以让撞击汽化继续进行，并不断补充月球的大气层。

当美国宇航局的月球大气和尘埃环境探测器（LADEE）调查月球稀薄的大气层、表面条件以及环境对月球尘埃的影响时，科学家们首先开始怀疑太空岩石对月球的攻击是产生外逸层的部分原因。 2013年。

这使他们强调了两个外逸层再生过程。第一个是冲击汽化，另一个是“离子溅射”。当来自太阳的高能带电粒子（称为“太阳风”）撞击月球表面并向原子传递能量时，就会发生后一个过程。这也导致这些原子被抛入外逸层。

“根据 LADEE 的数据，这两个过程似乎都在发挥作用，”Nie 解释道。 “例如，它表明在陨石雨期间，你会在大气中看到更多的原子，这意味着撞击会产生影响。

“但它也表明，当月球被太阳遮挡时，例如在日食期间，大气中的原子也会发生变化，这意味着太阳也会产生影响。因此，结果并不明确或定量。”

聂和同事想要确定哪个过程主要负责维持月球大气层。为此，他们使用了美国宇航局阿波罗任务期间收集的月球土壤。

答案就在泥土里

研究小组接触到了 10 个月球土壤样本，每个样本的重量仅为 100 毫克。这个量实在是太小了，聂离估计一粒雨滴就够了。

研究人员着手从这些样品中分离出两种元素：钾和铷。这两种元素都是“挥发性元素”，这意味着它们很容易被陨石撞击和太阳风轰击引起的太阳溅射蒸发。

研究小组希望了解钾和铷的不同“同位素”的比率。同位素是一种元素的变体，其原子核中具有不同数量的中子。这意味着具有更多中子的同位素（当将元素更改为另一种元素时，质子的数量不会变化）比具有较少中子的同位素更重。

研究小组预测，钾和铷的轻同位素更有可能悬浮在月球的外逸层中，而较重的同位素则落回月球表面。然而，撞击汽化和离子溅射在将同位素抛入月球大气方面应该具有不同的效果。这意味着观察月球土壤中这两种元素的重同位素含量，并将其与样品中的轻同位素含量进行比较，应该可以揭示这两个过程中哪一个更占主导地位。

“通过撞击汽化，大多数原子将留在月球大气中，而通过离子溅射，大量原子将被喷射到太空中，”聂说。

聂和同事发现土壤中主要含有钾和铷的重同位素。这告诉他们，撞击汽化是原子汽化和上升形成月球大气层的主要过程。他们发现，70% 的外逸层是由陨石撞击和撞击汽化产生的，其中 30% 是由太阳风和离子溅射产生的。

“这种微妙效应的发现是引人注目的，这要归功于将钾和铷同位素测量与仔细的定量建模相结合的创新理念，”剑桥大学月壤研究员贾斯汀·胡（Justin Hu）表示，他没有参与这项研究，他说。 “这一发现超越了对月球历史的理解，因为这样的过程可能会发生，并且可能在其他卫星和小行星上更为重要，而这些是许多计划返回任务的重点。”

聂也承认，如果没有阿波罗计划，该团队的研究结果根本不可能实现，该计划于 1972 年 12 月阿波罗 17 号登月结束。

“如果没有这些阿波罗样本，我们将无法获得精确的数据并进行定量测量以更详细地了解事物，”聂总结道。 “对我们来说，从月球和其他行星体带回样本非常重要，这样我们就可以更清晰地了解太阳系的形成和演化。”该团队的研究成果于周五（8 月 2 日）发表在《科学进展》杂志上。

最初发布于Space.com。