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一幅插图显示，一颗小行星在月球附近碎裂成陨石碎片（图片来源：uux.cn/Robert Lea（与Canva共同创建）/NASA）

（神秘的地球uux.cn）据美国太空网（Robert Lea）：很容易把月球想象成一块没有大气层的绕地球运行的岩石。然而，虽然缺乏可呼吸的空气，但我们星球上忠实的天然卫星伴侣确实有一个稀薄稀薄的大气层。

长期以来，科学家们一直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”之所以存在，是因为太空岩石对月球的猛烈轰击造成了更新和补充。

这项研究背后的团队表明，月球的大气层主要是由这种撞击引起的一种称为“撞击汽化”的现象来维持的，这种现象已经持续了数十亿年。当撞击激起月球土壤时，就会发生这一过程，汽化逃逸到太空或悬浮在月球上的物质，从而更新其外逸层。

“我们给出了一个明确的答案，即陨石撞击蒸发是形成月球大气层的主要过程，”团队负责人、麻省理工学院（MIT）助理教授Nicole Nie在一份声明中说。“月球的年龄接近45亿年，在这段时间里，月球表面一直受到陨石的不断轰击。我们表明，最终，稀薄的大气层会达到稳定状态，因为它会被月球上的小撞击不断补充。”

月球的暴力史

月球表面坑坑洼洼、伤痕累累，这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，月球上布满了太空岩石。

在月球生命的早期，婴儿太阳系是暴力和动荡的。因此，月球表面经常被巨大的陨石撞击。随着时间的推移，太阳系天体之间的碰撞使许多较大的太空岩石坠落。这意味着，随着月球的老化，轰炸仍在继续，但袭击者缩小到更小的“微流星体”，即来自太空的比一粒沙子还小的粒子。

然而，这些不那么剧烈的撞击仍然足以让撞击蒸发继续下去，并不断补充月球大气层。

月球上的撞击坑。（图片来源：uux.cn/NASA/GSFC/亚利桑那州立大学）

2013年，美国国家航空航天局的月球大气和尘埃环境探测器（LADEE）调查了月球稀薄的大气、表面条件以及环境对月球尘埃的影响，科学家们首次开始怀疑月球上的太空岩石袭击在一定程度上导致了外逸层的产生。

这促使他们强调了两个再生外逸层的过程。第一种是撞击汽化，另一种是“离子溅射”。后一种过程发生在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。这也会导致这些原子被抛入外逸层。

一位艺术家对美国国家航空航天局登月LADEE航天器的设想是错误的，因为它将其发现传回地球。（图片来源：uux.cn美国国家航空航天局）

聂解释说：“根据LADEE的数据，这两个过程似乎都在发挥作用。”。“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，当月球与太阳隔绝时，比如在日食期间，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，结果尚不清楚或定量。”

聂和他的同事们想确定哪个过程是维持月球大气层的主要原因。为了做到这一点，他们转向了美国国家航空航天局阿波罗任务期间收集的月球土壤。

答案就在泥土里

该团队能够接触到10个月球土壤样本，每个样本的含量仅为100毫克。这个量太小了，聂估计它可以装进一滴雨里。

研究人员着手从这些样本中分离出两种元素：钾和铷。这两种元素都是“挥发物”，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。

该团队希望了解钾和铷的不同“同位素”的比例。同位素是原子核中中子数不同的元素的变体。这意味着中子较多的同位素（将元素转换为另一种元素时质子的数量不能变化）比中子较少的同位素重。

该团队预测，钾和铷的轻同位素更有可能悬浮在月球的外逸层中，而较重的同位素则会回落到月球表面。然而，撞击蒸发和离子溅射在将同位素送入月球大气层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，并将其与样本中较轻同位素的含量进行比较，可以揭示这两种过程中哪一种更占主导地位。

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

聂及其同事发现，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抬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，30%是由太阳风和离子溅射产生的。

剑桥大学月球土壤研究员Justin Hu没有参与这项研究，他说：“由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，这种微妙效应的发现是显著的。”。“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，在其他卫星和小行星上可能更重要，而这些卫星和小行星是许多计划中的返回任务的重点。”

聂也承认，如果不是阿波罗计划，该团队的发现根本不可能实现，阿波罗计划于1972年12月与阿波罗17号一起结束。

聂总结道：“如果没有这些阿波罗样本，我们将无法获得精确的数据和定量测量，从而更详细地了解事物。”。“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楚地了解太阳系的形成和演化。”

该团队的研究于周五（8月2日）发表在《科学进展》杂志上。

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