嫦娥样品揭示月球正背面太阳风风化差异

在月球寂静的表面，有一位永不停歇的“雕刻师”——太阳风。来自太阳的带电粒子流以每秒数百公里的速度冲击月表，日复一日地在矿物颗粒表面留下时光的印记。通过分析嫦娥五号和嫦娥六号探测器带回的月壤样品，中国科学家首次揭示了月球正面与背面之间存在着以千万年计的太阳风辐照差异。这一发现为理解月球表面的演化历史打开了新的窗口。

太阳风的无声雕刻

太阳风主要由氢离子和氦离子组成，携带着每核子约1千电子伏特的能量。当这些高速粒子撞击月球表面的矿物颗粒时，就像微小的子弹不断轰击，逐渐在颗粒表面形成一层非晶质的损伤环带。此环带如同树木的年轮，记录着颗粒在月球表面暴露的时间长短和太阳风辐照强度。

与此同时，来自太阳的高能粒子能穿透更深的矿物内部，留下辐射径迹，成为记录宇宙射线历史的“天书”。

跨越38万公里的样品之旅

2020年12月17日，嫦娥五号探测器成功从月球正面的风暴洋东北部带回1.731公斤月壤。2024年6月25日，嫦娥六号探测器首次从月球背面的南极-艾特肯盆地采集样本。这两批样品为科学家提供了前所未有的机会，比较月球不同区域在空间风化作用上的差异。

来自中国科学院地球化学研究所的研究团队，联合多家科研机构，对这些样品进行了详尽分析。研究人员选取了15颗具有清晰月表暴露特征的长石颗粒，通过聚焦离子束切片技术制备了约100纳米厚的超薄切片。在透射电子显微镜下，这些切片展现了微观世界的细节。

地球磁场的守护与偏心

研究发现，来自月球背面中纬度地区的嫦娥六号样品，其太阳风损伤环带的增长速率为每百万年33.21±6.16纳米，明显高于月球正面赤道附近的阿波罗样品。这一差异揭示了地球磁场对月球施加的不对称保护。

月球在28天的轨道周期中，约有7天处于地球磁层范围内，其中大约4天深入磁尾区域。月球正面在向阳时部分受到地球磁尾的庇护，而背面则完全暴露在太阳风的直接轰击之下。这种不对称的屏蔽效应在千万年的时间尺度上累积，最终在月壤颗粒的微观结构中留下了可测量的印记。

异常高速的风化之谜

然而，嫦娥五号样品展现了最高的太阳风损伤环带增长速率——每百万年55.96±10.82纳米。这一数值不仅高于月球背面的嫦娥六号样品，也远超同在月球正面的阿波罗样品。

这一现象提示除了地球磁场的影响外，还有其他因素在控制着月表的太阳风辐照效应。研究人员提出，月壤的孔隙度差异、局部地形的坡度和朝向，以及表面温度条件可能都在加速非晶环带的形成。

月壤中的水之源

太阳风损伤形成的非晶环带是月球水资源的重要储存库。当太阳风中的氢离子撞击硅酸盐矿物时，会形成羟基或水分子并被困在非晶层的纳米级孔隙中。嫦娥五号样品中发现的异常高水含量，可能正是其较厚的太阳风损伤环带所致。

展望未来

通过嫦娥五号和嫦娥六号样品的对比研究，科学家们首次在实验室中证实了月球正背面太阳风辐照的长期不对称性。这种不对称性不仅影响着月表物质的风化速率，还可能导致两个半球在矿物组成、光谱特征等方面产生系统性差异。

嫦娥五号样品展现的异常高环带增长速率提醒我们，月球表面的空间风化过程比想象的更加复杂。未来，随着更多月球探测任务的实施，人类将获得更多来自月球不同区域的样品，结合原位探测和遥感观测，最终破解月球表面演化的完整密码。

千万年来，太阳风如同一位沉默的艺术家，在月球表面精雕细琢。通过显微镜下的微观世界，我们正在学习解读这位艺术家留下的每一道痕迹，理解宇宙风化这一塑造天体表面的基本过程。嫦娥样品的研究，让我们距离完全理解这一过程又近了一步。