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北京日報客戶端 | 記者 劉蘇雅

月球南極地區(qū)光照條件獨特，且可能存在水冰分布，近年來已成為各國爭相探測的目標。我國嫦娥七號任務計劃著陸在月球南極，但這片區(qū)域月面電場分布復雜，可能導致月塵靜電遷移，對月面探測活動造成危害。8月30日，記者從中國科學院國家空間科學中心獲悉，該中心聯(lián)合蘭州空間技術物理研究所，利用自主建立的理論模型并結合數(shù)值模擬，揭示了月球南極附近的電場分布以及塵埃遷移特征。

沙克爾頓坑附近海拔高度圖（左）以及理論計算得到的電勢分布圖（右）

嫦娥七號著陸區(qū)選址在月球南極沙克爾頓坑附近，將對月球南極月表空間環(huán)境以及水冰分布進行綜合勘察。“月球南極地區(qū)太陽高度角較低，易形成地形遮擋帶來的局部光照區(qū)和陰影區(qū)，由于一般光照區(qū)帶正電、陰影區(qū)帶負電，月面塵埃會在這種局部電場作用下發(fā)生遷移。”中國科學院國家空間科學中心副研究員謝良海說，這種塵埃遷移活動一方面可形成局部塵埃云，另一方面可能改變極區(qū)的水冰分布。

“這些空中懸浮的塵埃顆粒形狀很不規(guī)整，且極易黏附到物體表面，從而會對月面探測器及人體健康帶來危害。”蘭州空間技術物理研究所高級工程師趙呈選說。因此，對月球南極地區(qū)的電場分布以及塵埃遷移特征進行深入研究勢在必行。

科研團隊利用自主建立的理論模型并結合數(shù)值模擬，對沙克爾頓坑附近的帶電及塵埃遷移特征進行了理論分析。沙克爾頓坑位于月球南極點附近，直徑21公里、深4.2公里，坑壁坡度達30度。由于太陽風的偏轉角一般小于20度，太陽風離子無法到達坑內背風側，只有熱速度占優(yōu)勢的電子能到達，這意味著背風側將帶很強的負電。經(jīng)過計算，沙克爾頓坑內背風側電勢最低為負175伏，并逐漸向迎風側增加到接近0伏。坑邊緣凸起部分由于接受到太陽光照發(fā)射光電子而帶正電，最高為正2伏。

月表帶電是通過月面的塵埃帶電實現(xiàn)的，且相鄰月塵顆粒攜帶同種電荷，因此會受到靜電排斥力而離開月表，并在重力和空間電場力作用下進行遷移。理論計算發(fā)現(xiàn)，正常月面的塵埃遷移活動并不明顯，遷移高度一般低于1公里，而從撞擊坑背風側發(fā)射的塵埃顆粒遷移高度可達10公里。同時，塵埃顆粒還會水平遷移，最遠可達40公里。總體而言，沙克爾頓坑附近由于地形遮擋效應，會形成一個厚度10公里、半徑約40公里的局部塵埃云。

為了得到沙克爾頓坑附近的塵埃密度分布，科研團隊還對月面帶電和塵埃運動進行了數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)撞擊坑周圍確實存在地形遮擋帶來的局部塵埃云，其數(shù)密度約為1萬個至10萬個每立方米，該結果與美國月球大氣與塵埃環(huán)境探測器（LADEE衛(wèi)星）的觀測結果一致。

“這說明我們的計算結果是可信的，因而可以借助該模型對月球南極附近塵埃分布作定量分析。這將大大提高對月球南極地區(qū)電場和塵埃環(huán)境的認識，也為后續(xù)月球極區(qū)探測活動塵埃防護以及塵埃探測方案的制訂提供了依據(jù)。”謝良海表示。特別是我國嫦娥七號任務將搭載電場和塵埃探測器，這些結果為分析嫦娥七號探測數(shù)據(jù)，及后續(xù)取得進一步科學發(fā)現(xiàn)打好了基礎。此外，研究成果也為研究其他無大氣天體的塵埃活動，以及分析塵埃活動對水冰分布的影響提供了依據(jù)。

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