嫦娥六号月背土壤记录到更快的太阳风，与受地球屏蔽的正面不同

在嫦娥六号之前，所有返回地球的月球样品都来自月球正面。有一个问题因此一直没能在实验室里验证：地球对两个半球太阳风的屏蔽是否不一样。《自然·地球科学》的这项研究发现，月背土壤记录的粒子暴露痕迹比阿波罗宇航员带回的正面土壤注入更深。

月背土壤记录了什么

嫦娥六号从南极-艾特肯盆地带回1935克风化层，这是人类首次从月球背面取回的样品。研究团队用逐步加热和全熔融激光提取的方法分析了其中七份小样，测量了氦、氖、氩、氪和氙。

这些物质来自阿波罗坑。阿波罗坑嵌套在南极-艾特肯盆地内，后者是月球上已知最大、最古老的撞击盆地。

最明显的异常出现在氖上。氖-20与氖-22的平均比值为11.34，不确定度为0.22。

据中国科学院介绍，这一数值接近强烈分馏太阳风的理论预期值11.2，也低于此前研究过的所有正面土壤所报告的比值。通俗地说，月背物质中较重同位素氖-22所占的比例更大。

氪和氙则讲述了另一件事。嫦娥六号土壤中的太阳风氙主要在高温下释放，呈单一峰；嫦娥五号的正面样品则呈现双峰释放模式。在更强加热下释放的气体通常位于矿物颗粒更深处，因此月背的记录指向更深的注入。

地球充当速度调节器

团队给出的解释是地球磁层。月球在绕行过程中会周期性穿过磁鞘，那里的环境太阳风速度从典型的400 km/s降到约200 km/s。

月球被潮汐锁定，同一半球始终朝向地球，另一个半球始终背对。研究人员把这种差异归因于这一几何关系：正面朝向地球和磁鞘，背面则不。

减速后的太阳风主要到达正面。永远背对地球的背面，遇到的是未受扰动的太阳风。

论文给正面效应估了一个数字。研究人员认为，嫦娥五号着陆点所受太阳风暴露总量中约有25%受到磁鞘影响，嫦娥六号着陆点则没有这种屏蔽。嫦娥五号带回的是正面土壤，它表现出的正是较慢太阳风会造成的那种较浅注入。

排除其他解释

在得出这一解读之前，研究人员排查了其他可能。嫦娥五号和嫦娥六号土壤的氪氙平均比值几乎相同，这排除了额外陨石或彗星物质造成差异的可能。嫦娥六号土壤记录的太阳风暴露也相对较近，太阳活动长期变化因此不太可能是原因。没有哪种惰性气体亏损大到足以让扩散、侵蚀或优先溅射单独解释氖的比值。

古老磁层的化石记录

惰性气体化学性质不活泼。它们的浓度、同位素比值和释放温度因此保留了粒子如何到达的物理细节，不会被化学过程改写。

研究人员表示，这些重气体或许可以作为地球磁层与太阳风过去相互作用的化石记录。结合古地磁记录，这为重建古老磁层提供了一条途径。论文还得出结论，可能涉及不止一种分馏过程。

中国科学院地质与地球物理研究所博士后张旭航在何怀宇指导下完成了分析。合作者来自中国科学技术大学和嫦娥七号挥发分载荷团队。