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北京日?qǐng)?bào)客戶(hù)端 | 記者 劉蘇雅

月球南極地區(qū)光照條件獨(dú)特，且可能存在水冰分布，近年來(lái)已成為各國(guó)爭(zhēng)相探測(cè)的目標(biāo)。我國(guó)嫦娥七號(hào)任務(wù)計(jì)劃著陸在月球南極，但這片區(qū)域月面電場(chǎng)分布復(fù)雜，可能導(dǎo)致月塵靜電遷移，對(duì)月面探測(cè)活動(dòng)造成危害。8月30日，記者從中國(guó)科學(xué)院國(guó)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(chǎng)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(jì)算得到的電勢(shì)分布圖（右）

嫦娥七號(hào)著陸區(qū)選址在月球南極沙克爾頓坑附近，將對(duì)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(yáng)高度角較低，易形成地形遮擋帶來(lái)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(huì)在這種局部電場(chǎng)作用下發(fā)生遷移。”中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心副研究員謝良海說(shuō)，這種塵埃遷移活動(dòng)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(huì)對(duì)月面探測(cè)器及人體健康帶來(lái)危害。”蘭州空間技術(shù)物理研究所高級(jí)工程師趙呈選說(shuō)。因此，對(duì)月球南極地區(qū)的電場(chǎng)分布以及塵埃遷移特征進(jìn)行深入研究勢(shì)在必行。

科研團(tuán)隊(duì)利用自主建立的理論模型并結(jié)合數(shù)值模擬，對(duì)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(diǎn)附近，直徑21公里、深4.2公里，坑壁坡度達(dá)30度。由于太陽(yáng)風(fēng)的偏轉(zhuǎn)角一般小于20度，太陽(yáng)風(fēng)離子無(wú)法到達(dá)坑內(nèi)背風(fēng)側(cè)，只有熱速度占優(yōu)勢(shì)的電子能到達(dá)，這意味著背風(fēng)側(cè)將帶很強(qiáng)的負(fù)電。經(jīng)過(guò)計(jì)算，沙克爾頓坑內(nèi)背風(fēng)側(cè)電勢(shì)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(yáng)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(guò)月面的塵埃帶電實(shí)現(xiàn)的，且相鄰月塵顆粒攜帶同種電荷，因此會(huì)受到靜電排斥力而離開(kāi)月表，并在重力和空間電場(chǎng)力作用下進(jìn)行遷移。理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)，正常月面的塵埃遷移活動(dòng)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(shí)，塵埃顆粒還會(huì)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(huì)形成一個(gè)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(duì)還對(duì)月面帶電和塵埃運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)撞擊坑周?chē)_實(shí)存在地形遮擋帶來(lái)的局部塵埃云，其數(shù)密度約為1萬(wàn)個(gè)至10萬(wàn)個(gè)每立方米，該結(jié)果與美國(guó)月球大氣與塵埃環(huán)境探測(cè)器（LADEE衛(wèi)星）的觀測(cè)結(jié)果一致。

“這說(shuō)明我們的計(jì)算結(jié)果是可信的，因而可以借助該模型對(duì)月球南極附近塵埃分布作定量分析。這將大大提高對(duì)月球南極地區(qū)電場(chǎng)和塵埃環(huán)境的認(rèn)識(shí)，也為后續(xù)月球極區(qū)探測(cè)活動(dòng)塵埃防護(hù)以及塵埃探測(cè)方案的制訂提供了依據(jù)。”謝良海表示。特別是我國(guó)嫦娥七號(hào)任務(wù)將搭載電場(chǎng)和塵埃探測(cè)器，這些結(jié)果為分析嫦娥七號(hào)探測(cè)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(wú)大氣天體的塵埃活動(dòng)，以及分析塵埃活動(dòng)對(duì)水冰分布的影響提供了依據(jù)。

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