嫦娥六号在月球上有新发现

嫦娥六号在月球上有新发现

近日，由中国科学院国家空间科学中心牵头的国际团队利用嫦娥六号探测器搭载的负离子分析仪（NILS）揭示了月球周围产生的负离子通量和能量与太阳风参数之间的密切关系，并模拟了其空间分布。

宇宙中超过99%的可见物质以等离子体形式存在，通常由正离子和电子组成。然而，负离子也存在于各种天体物理环境中，并发挥着重要作用。例如，它们是太阳外层大气可见光谱不透明度的主要原因。在早期宇宙中，H⁻离子通过缔合-解吸反应迅速生成分子氢，从而促进了第一代恒星的形成。在行星环境中，多个探测任务利用电子探测器间接探测到了彗星和火星电离层中的负离子，表明负离子是行星电离层的重要组成部分。尽管理论上月球环境中存在负离子是合理的，但由于缺乏直接观测证据，其存在和分布模式长期以来一直是个谜。

月球是一个典型的无大气层天体，太阳风可以直接冲击其表面。近期研究表明，大部分太阳风质子在撞击月球表面后会被月壤捕获，约10%至20%的质子会散射成低能中性原子（ENA），约0.1%至1%的质子会反射成正离子。理论和实验研究还表明，一些质子在散射过程中会捕获第二个电子，形成负离子（H⁻）。然而，由于光解吸作用，H⁻离子在太阳辐射下会迅速失去电子并衰变，难以到达月球轨道器的高度。这使得以往的月球探测任务无法探测到负离子信号。对月球表面进行现场探测，从而在负离子产生源附近进行直接测量，是克服这一瓶颈的关键方法。嫦娥六号月球探测器搭载了由瑞典空间物理研究所和中国科学院国家空间科学中心联合研制的负离子探测器（NILS）。这是世界上首个用于地外空间的专用负离子探测器。在短短两天的观测时间内，它便获取了六个有效的氢离子（H⁻）能谱数据点，从而实现了对月球表面负离子的首次直接探测。

[图片说明：嫦娥六号负离子探测器（NILS）观测示意图]

近日，中国科学院国家空间科学中心的研究团队与国内外其他机构合作，系统地分析了负离子探测器（NILS）获取的氢离子（H⁻）能谱数据，并结合阿尔忒弥斯卫星（ARTEMIS）同时观测到的上游太阳风参数进行了分析。结果表明，积分H⁻通量与正常太阳风通量之间存在显著的正相关性（r = 0.87），平均H⁻能量与太阳风能量之间也存在类似的显著正相关性（r = 0.88）。这提供了直接的观测证据。此外，平均H⁻能量集中在250–300 eV范围内。

H⁻能量谱及其与太阳风参数的相关性

为了研究H⁻对月球环境的影响，本研究模拟并分析了其空间分布。在向阳面，由于光致解吸作用，H⁻被限制在月球表面附近的一个薄层中。该层的密度随高度的增加而迅速降低，并可能消失。H⁻可被电磁场吸收，形成延伸数个月球半径的长负离子尾。在极端太阳风密度事件期间，H⁻ 密度可能比正常情况下高出 10 倍以上，这会对月球环境产生重大影响，例如产生等离子体波动。