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北京日報客戶端 | 記者 劉蘇雅

月球南極地區光照條件獨特，且可能存在水冰分布，近年來已成為各國爭相探測的目標。我國嫦娥七號任務計劃著陸在月球南極，但這片區域月面電場分布復雜，可能導致月塵靜電遷移，對月面探測活動造成危害。8月30日，記者從中國科學院國家空間科學中心獲悉，該中心聯合蘭州空間技術物理研究所，利用自主建立的理論模型并結合數值模擬，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境以及水冰分布進行綜合勘察。“月球南極地區太陽高度角較低，易形成地形遮擋帶來的局部光照區和陰影區，由于一般光照區帶正電、陰影區帶負電，月面塵埃會在這種局部電場作用下發生遷移。”中國科學院國家空間科學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的水冰分布。

“這些空中懸浮的塵埃顆粒形狀很不規整，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。”蘭州空間技術物理研究所高級工程師趙呈選說。因此，對月球南極地區的電場分布以及塵埃遷移特征進行深入研究勢在必行。

科研團隊利用自主建立的理論模型并結合數值模擬，對沙克爾頓坑附近的帶電及塵埃遷移特征進行了理論分析。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30度。由于太陽風的偏轉角一般小于20度，太陽風離子無法到達坑內背風側，只有熱速度占優勢的電子能到達，這意味著背風側將帶很強的負電。經過計算，沙克爾頓坑內背風側電勢最低為負175伏，并逐漸向迎風側增加到接近0伏。坑邊緣凸起部分由于接受到太陽光照發射光電子而帶正電，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行遷移。理論計算發現，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，而從撞擊坑背風側發射的塵埃顆粒遷移高度可達10公里。同時，塵埃顆粒還會水平遷移，最遠可達40公里。總體而言，沙克爾頓坑附近由于地形遮擋效應，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，科研團隊還對月面帶電和塵埃運動進行了數值模擬，發現撞擊坑周圍確實存在地形遮擋帶來的局部塵埃云，其數密度約為1萬個至10萬個每立方米，該結果與美國月球大氣與塵埃環境探測器（LADEE衛星）的觀測結果一致。

“這說明我們的計算結果是可信的，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電場和塵埃環境的認識，也為后續月球極區探測活動塵埃防護以及塵埃探測方案的制訂提供了依據。”謝良海表示。特別是我國嫦娥七號任務將搭載電場和塵埃探測器，這些結果為分析嫦娥七號探測數據，及后續取得進一步科學發現打好了基礎。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。

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