月球稀薄的大气层是由不断的陨石轰击造成的
【菜科解读】
一幅插图显示，一颗小行星在月球附近碎裂成陨石碎片（图片uux.cn/Robert Lea（与Canva共同创建）/NASA）据美国太空网（Robert Lea）：很容易把月球想象成一块没有大气层的绕地球运行的岩石。
然而，虽然缺乏可呼吸的空气，但我们星球上忠实的天然卫星伴侣确实有一个稀薄稀薄的大气层。
长期以来，科学家们一直对这种稀薄的大气层或外逸层的存在感到困惑，并一直在寻找维持它的主要过程，但新的研究表明，这种稀薄的月球大气层或外逸层之所以存在，是因为太空岩石对月球的猛烈轰击造成了更新和补充。
这项研究背后的团队表明，月球的大气层主要是由这种撞击引起的一种称为撞击汽化的现象来维持的，这种现象已经持续了数十亿年。
当撞击激起月球土壤时，就会发生这一过程，汽化逃逸到太空或悬浮在月球上的物质，从而更新其外逸层。
我们给出了一个明确的答案，即陨石撞击蒸发是形成月球大气层的主要过程，团队负责人、麻省理工学院（MIT）助理教授Nicole Nie在一份声明中说。
月球的年龄接近45亿年，在这段时间里，月球表面一直受到陨石的不断轰击。
我们表明，最终，稀薄的大气层会达到稳定状态，因为它会被月球上的小撞击不断补充。
月球的暴力史月球表面坑坑洼洼、伤痕累累，这是一个清晰而明显的地质提醒，表明在其近45亿年的历史中，月球上布满了太空岩石。
在月球生命的早期，婴儿太阳系是暴力和动荡的。
因此，月球表面经常被巨大的陨石撞击。
随着时间的推移，太阳系天体之间的碰撞使许多较大的太空岩石坠落。
这意味着，随着月球的老化，轰炸仍在继续，但袭击者缩小到更小的微流星体，即来自太空的比一粒沙子还小的粒子。
然而，这些不那么剧烈的撞击仍然足以让撞击蒸发继续下去，并不断补充月球大气层。
月球上的撞击坑。
（图片uux.cn/NASA/GSFC/亚利桑那州立大学）2013年，美国国家航空航天局的月球大气和尘埃环境探测器（LADEE）调查了月球稀薄的大气、表面条件以及环境对月球尘埃的影响，科学家们首次开始怀疑月球上的太空岩石袭击在一定程度上导致了外逸层的产生。
这促使他们强调了两个再生外逸层的过程。
第一种是撞击汽化，另一种是离子溅射。
后一种过程发生在来自太阳的高能带电粒子（称为太阳风）撞击月球表面并向原子传递能量时。
这也会导致这些原子被抛入外逸层。
一位艺术家对美国国家航空航天局登月LADEE航天器的设想是错误的，因为它将其发现传回地球。
（图片uux.cn美国国家航空航天局）聂解释说：根据LADEE的数据，这两个过程似乎都在发挥作用。
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例如，它表明，在陨石雨期间，你会在大气中看到更多的原子，这意味着撞击会产生影响。
但它也表明，当月球与太阳隔绝时，比如在日食期间，大气中的原子也会发生变化，这意味着太阳也会产生影响。
因此，结果尚不清楚或定量。
聂和他的同事们想确定哪个过程是维持月球大气层的主要原因。
为了做到这一点，他们转向了美国国家航空航天局阿波罗任务期间收集的月球土壤。
答案就在泥土里该团队能够接触到10个月球土壤样本，每个样本的含量仅为100毫克。
这个量太小了，聂估计它可以装进一滴雨里。
研究人员着手从这些样本中分离出两种元素：钾和铷。
这两种元素都是挥发物，这意味着它们很容易被陨石撞击和太阳风轰击引起的太阳溅射蒸发。
该团队希望了解钾和铷的不同同位素的比例。
同位素是原子核中中子数不同的元素的变体。
这意味着中子较多的同位素（将元素转换为另一种元素时质子的数量不能变化）比中子较少的同位素重。
该团队预测，钾和铷的轻同位素更有可能悬浮在月球的外逸层中，而较重的同位素则会回落到月球表面。
然而，撞击蒸发和离子溅射在将同位素送入月球大气层方面应该具有不同的效果。
这意味着，观察月球土壤中这两种元素的重同位素含量，并将其与样本中较轻同位素的含量进行比较，可以揭示这两种过程中哪一种更占主导地位。
聂说：通过撞击汽化，大多数原子将留在月球大气层中，而通过离子溅射，许多原子将被喷射到太空中。
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聂及其同事发现，土壤中主要含有钾和铷的重同位素。
这告诉他们，撞击汽化是原子汽化和抬升形成月球大气层的主要过程。
他们发现，70%的外逸层是由陨石撞击和撞击汽化产生的，30%是由太阳风和离子溅射产生的。
#p#分页标题#e#剑桥大学月球土壤研究员Justin Hu没有参与这项研究，他说：由于将钾和铷同位素测量与仔细的定量建模相结合的创新理念，这种微妙效应的发现是显著的。
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这一发现超越了对月球历史的理解，因为这样的过程可能会发生，在其他卫星和小行星上可能更重要，而这些卫星和小行星是许多计划中的返回任务的重点。
聂也承认，如果不是阿波罗计划，该团队的发现根本不可能实现，阿波罗计划于1972年12月与阿波罗17号一起结束。
聂总结道：如果没有这些阿波罗样本，我们将无法获得精确的数据和定量测量，从而更详细地了解事物。
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对我们来说，从月球和其他行星体带回样本非常重要，这样我们就可以更清楚地了解太阳系的形成和演化。
该团队的研究于周五（8月2日）发表在《科学进展》杂志上。
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一种降低在月球上丢失太阳能漫游车风险的新方法
大多数用于太阳能供电的长距离导线规划算法没有主动考虑可能的导航延迟。
在这里，虚白色路径显示了一个计划，该计划将PSR内的漫游车尽快引向阳光，但它对可能的延迟没有弹性，这种延迟将导致漫游车落后于计划，并错过关键的太阳能充电事件。
另一方面，主动考虑延迟 蓝线的规划策略将使漫游车走上潜在的更长但更安全的轨迹。
鸣谢:uux.cn/背景图像和蝰蛇漫游者渲染:美国宇航局和亚利桑那州立大学。
据美国物理学家组织网（英格丽德·法德利）：美国宇航局和世界各地的其他太空机构定期向太空发送机器人和自动飞行器，以探索太阳系中的行星和其他天体。
这些任务可以大大提高我们对太阳系其他地方的环境和资源的了解。
多伦多大学航空航天研究所和美国宇航局喷气推进实验室 JPL的研究人员最近进行了一项研究，探索可以提高使用太阳能漫游车进行月球探索的有效性和成功率的回收策略。
他们的论文预先发表在arXiv上，介绍了一种新的方法，可以帮助太阳能漫游车安全地离开月球上永久的阴影区域。
领导这项研究的研究员Opvier Lamarre告诉Phys.org:近年来，几个国家已经表示对探索月球南极感兴趣，包括美国、中国、印度、俄国和其他国家。
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他们中的大多数人计划使用太阳能漫游车来探索经常处于阴影中的区域 称为永久阴影区，或PSRs，我们怀疑这些区域可能包含大量的水冰。
可以想象，用太阳能漫游车进入PSR是一项冒险的尝试！如果漫游车因故障而延迟，它可能无法在能量耗尽前回到阳光中。
太阳能漫游车在能效方面有许多优势，但它们受到依赖太阳光运行的限制。
由于月球上的一些区域永久处于阴影中，漫游者对阳光的依赖可能会阻止他们安全地探索然后离开这些区域，导致他们在执行任务时耗尽能量。
拉马尔和他的同事最近工作的一个关键目标是量化失去太阳能漫游车的概率，因为他们正在探索月球上的这些阴影区域。
此外，该小组希望设计一种方法，帮助最大限度地提高太阳能漫游车安全完成任务的概率。
首先，我们需要定义太阳能漫游车在月球南极‘安全’意味着什么，拉马尔解释道。
为了做到这一点，我们关注漫游车在什么地方、什么时间离开PSR，以及它的电池还剩多少能量。
这表明了漫游车在下一段任务之前是否可以在原地冬眠 因此，在那之前保持安全。
然后，我们计算一种在线遍历规划方法，漫游车可以从任何起始状态 包括PSRs内部开始遵循该方法，以最大化其生存概率。
拉马尔及其同事概述的规划方法被称为恢复政策，因为它本质上是一种后备策略，允许漫游车最大限度地增加到达安全的机会 即阳光将到达的区域，为其电池充电。
在他们的论文中，研究人员表明，在这种情况下计算这种复苏政策可能具有挑战性，因为它需要几个近似值，如果非常不正确，可能会影响整体预测的可靠性。
例如，时间是我们状态空间的连续维度，需要离散化，拉马尔说。
我们需要确保这种近似/离散化不会危险地扭曲对故障概率的预测。
在月球南极，太阳光照是高度动态的；附近的山脉和环形山可能会在地表投下巨大的阴影。
如果与 近似政策假设相比，漫游者稍微落后于计划，它可能会错过关键的太阳能充电期。
如果比政策设想的提前一点，也是如此。
由于这些时间近似值极大地影响了太阳能漫游车回收政策的可靠性，拉马尔和他的同事们保持了高度保守。
这最终将失败的风险降至最低，同时增加了该策略在现实任务中保持安全的可能性。
我们认为这种方法在许多方面都是有用的，拉马尔说。
首先，它代表着向远程自主移动规划算法迈出了一步，该算法主动考虑 或‘推理’太阳能漫游车的风险。
此外，我们的技术可以成为人类操作员在月球南极制定新的月球车任务的有用工具 它可以用于着陆点选择、全球遍历规划和风险预测等，甚至可以通过地面回路操作支持正在进行的任务。
在未来，这个研究小组引入的回收政策可以应用于月球上的真实世界探索任务，以降低在阴影区域丢失太阳能漫游车的风险。
由于最近的研究是与美国宇航局的JPL合作进行的，这种方法很快就可以在各种现实的月球场景中进行测试。
到目前为止，我们使用Cabeus环形山的轨道数据测试了我们的方法，但我们希望使用美国宇航局定制的太阳照明地图，并将我们的技术应用于月球南极的许多其他区域，这些区域有一天将被机器人或载人任务访问，如Shackleton，Faustini，Nobile，Haworth和Shoemaker环形山，Lamarre补充道。
此外，我们目前正在研究新一代风险预测远程导航算法，用于利用太阳能漫游车探索月球南极。
