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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(biāo)。我國嫦娥七號任務(wù)計劃著陸在月球南極，但這片區(qū)域月面電場分布復(fù)雜，可能導(dǎo)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(xué)院國家空間科學(xué)中心獲悉，該中心聯(lián)合蘭州空間技術(shù)物理研究所，利用自主建立的理論模型并結(jié)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(jìn)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(fù)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(xué)院國家空間科學(xué)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(shù)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(jìn)行深入研究勢在必行。
科研團(tuán)隊利用自主建立的理論模型并結(jié)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(jìn)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(dá)30度。由于太陽風(fēng)的偏轉(zhuǎn)角一般小于20度，太陽風(fēng)離子無法到達(dá)坑內(nèi)背風(fēng)側(cè)，只有熱速度占優(yōu)勢的電子能到達(dá)，這意味著背風(fēng)側(cè)將帶很強的負(fù)電。經(jīng)過計算，沙克爾頓坑內(nèi)背風(fēng)側(cè)電勢最低為負(fù)175伏，并逐漸向迎風(fēng)側(cè)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(jìn)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(fēng)側(cè)發(fā)射的塵埃顆粒遷移高度可達(dá)10公里。同時，塵埃顆粒還會水平遷移，最遠(yuǎn)可達(dá)40公里。總體而言，沙克爾頓坑附近由于地形遮擋效應(yīng)，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(tuán)隊還對月面帶電和塵埃運動進(jìn)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(jié)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(jié)果一致。
“這說明我們的計算結(jié)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(rèn)識，也為后續(xù)月球極區(qū)探測活動塵埃防護(hù)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(wù)將搭載電場和塵埃探測器，這些結(jié)果為分析嫦娥七號探測數(shù)據(jù)，及后續(xù)取得進(jìn)一步科學(xué)發(fā)現(xiàn)打好了基礎(chǔ)。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)。
來源：北京日報客戶端 記者 劉蘇雅
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