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眾所周知，月球是我們的近鄰，也是太陽系中除地球外，人類唯一登上過的一個天體。我們知道氧氣探測器，月球表面近乎無氧，雖然存在水冰，但沒有液態(tài)水。

所以你可以理解為什么在月球上發(fā)現(xiàn)赤鐵礦時會令科學(xué)家們困惑不已。我們知道，赤鐵礦是一種氧化鐵，在地球上，需要空氣和水的存在才能形成。

尤其是，因?yàn)樵虑驎掷m(xù)受到太陽風(fēng)產(chǎn)生的氫流的轟擊，而氫流是一種還原劑，它把電子“捐贈”給與之相互作用的物質(zhì)（即與之反應(yīng)的粒子得到電子）。

（圖解：多個空間探測器觀測到的太陽圖像及太陽風(fēng)在不同方向的速度和磁場分布情況。圖源：wjbaike）

鐵的氧化反應(yīng)是由于其丟失電子而發(fā)生的——因此，即使月球具備所有利于鐵發(fā)生氧化反應(yīng)的要素（即存在氧氣和水），太陽風(fēng)（作為還原劑）也會將其效果抵消。

“這實(shí)在令人費(fèi)解。”夏威夷大學(xué)馬諾阿分校的行星科學(xué)家李帥（音譯）如是說。

“月球的環(huán)境非常不利于形成赤鐵礦。”

月球北極赤鐵礦的增強(qiáng)地圖。（李帥）

我們通過分析印度空間研究組織（ISRO）的月船1號軌道飛行器所收集的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)月球存在赤鐵礦。由美國宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）設(shè)計(jì)的月球礦藏勘測器（M）使用超光譜成像技術(shù)（HySI）來進(jìn)行顆粒光譜分析，給出了月球表面礦物成分的詳細(xì)分解。

（圖解：月球表面OH/HO的特征及空間分布的M數(shù)據(jù)繪圖。圖A：月表反照率；圖B：M設(shè)備3μm波段吸收強(qiáng)度；圖C：瞬時溫度；圖D礦物分布。其中，圖B波段吸收強(qiáng)度對應(yīng)OH/HO成分的豐度，由圖可見月球南北兩極存在較高的OH/HO豐度。圖源：wjbaike）

在2018年氧氣檢測儀，李帥和他的同事們就用這種方法分析出在月球兩極附近高緯度地區(qū)的冰沉積物。但是，當(dāng)在檢查數(shù)據(jù)時，他注意到了一些數(shù)據(jù)不同尋常。

（圖解：上圖是由NASA的M繪制的水冰在月球南極（左）和北極（右）的分布圖。藍(lán)色表示水冰的位置，灰度表示月表溫度，其中深色代表較冷的區(qū)域，淺色代表較暖的區(qū)域。圖源：wjbaike）

李帥說：“在檢查月球極地地區(qū)的M數(shù)據(jù)時，我發(fā)現(xiàn)其中有些光譜特征和模式與我們在阿波羅計(jì)劃中采集到的低緯度區(qū)域樣本有所不同?！?/p>

“當(dāng)時我猜想月球上會不會存在著水-巖石反應(yīng)。經(jīng)過數(shù)月研究，我才恍然大悟，原來我察覺到的數(shù)據(jù)異常是月球存在赤鐵礦的證據(jù)。”

這個發(fā)現(xiàn)就像平地驚雷，我們不禁想：赤鐵礦究竟是怎么產(chǎn)生的？一個重要的線索可能是赤鐵礦在月球分布的情況（赤鐵礦存在于月球極地高緯度地區(qū)）。赤鐵礦的分布和此前發(fā)現(xiàn)的與撞擊有關(guān)的水的痕跡非常吻合?？茖W(xué)家們認(rèn)為，水冰可能分布在月球風(fēng)化層中，并在撞擊事件之后隨碎石發(fā)掘出來并融化了。

（圖解：NASA雷達(dá)探測到的月球北極的水源與異常隕石坑分布位置。其中，紅圈顯示的是水源的位置，綠圈顯示的是異常隕石坑的位置。由圖可見，月球北極水源分布與異常隕石坑的分布接近。圖源：wjbaike）

另外，非常有趣的一點(diǎn)是，赤鐵礦大多數(shù)分布在月球始終面向地球的那一面。李帥說：“月球表面近地側(cè)存在大量赤鐵礦，這說明赤鐵礦的形成可能與地球有關(guān)?！?/p>

“這讓我想起了日本‘月亮女神’號探測器的發(fā)現(xiàn)——月球處于靠近地球磁尾的位置時，地球上層大氣的氧氣可以被太陽風(fēng)吹到月球表面。因此，地球大氣中的氧氣可能是月球產(chǎn)生赤鐵礦的主要氧化劑。”

在滿月期間甲醇報(bào)警器，月球處于地球磁尾，即磁層的尾部區(qū)域，遠(yuǎn)離太陽。在這種情況下，超過99%的太陽風(fēng)都無法到達(dá)月球表面，這意味原先分析中阻礙了鐵氧化的氫還原劑大部分都沒介入鐵的氧化過程（因此赤鐵礦得以形成）。

（圖解：月相圖。月亮盈缺與日、地、月三者相對位置有關(guān)。由圖可見氧氣探測器，滿月時，月球受太陽風(fēng)影響最小。圖源：wjbaike）

將這三種要素結(jié)合起來——微量的水和氧氣氧氣探測器，以及每個月中能避開氫還原劑而自在地“生銹”的短暫窗口期——經(jīng)過幾十億年的積累，月球上就形成了赤鐵礦。

（圖解：月球避開太陽風(fēng)的短暫窗口期示意圖。圖源：wjbaike）

然而，這并不意味著赤鐵礦之謎就已經(jīng)完全解開了。

李帥說：“神奇的是，在月球背面——地球的氧氣可能從未達(dá)到的地方——赤鐵礦依然存在，盡管那里表面暴露出的赤鐵礦相比于月球正面（近地側(cè)）要少得多。”

（圖解：月球正面與月球背面的月表景觀圖。月球正面存在著大面積的月海（右圖暗色區(qū)域），月球背面則存在面積廣的高地，分布著密集的月坑。圖源：wjbaike）

“在月球高緯度地區(qū)觀測到的微量水可能在很大程度上參與了月球背面赤鐵礦的形成過程，這或許就可以解釋為什么在一些缺水的S-型小行星上能觀測到赤鐵礦了。”

如果得到礦物本身，我們就能知道很多事情了。例如，在不同年代的赤鐵礦沉積物中，可能仍然保留著來自地球不同年代的氧同位素，這甚至可以追溯到數(shù)十億年前，借此，我們可以推知地球大氣的演變。

當(dāng)然咯，我們也能更加深入地了解月球的歷史。

李帥說：“這一發(fā)現(xiàn)將重塑我們對月球極地地區(qū)的認(rèn)識，地球可能在月球表面的演化過程中發(fā)揮了重要作用?！?/p>

這項(xiàng)研究發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。

by:ETHELLE STARR

FY:Traveling Light

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