最新的測量數據顯示,當月球軌道進入地球的保護性磁泡時,月球薄薄的外氣層會發生一些意想不到的變化!

從國際太空站(International Space Station)看到的滿月好像掠過了地球的大氣層。PHOTOGRAPHY BY NASA, INTERNATIONAL SPACE STATION

通常我們會認為月亮是個了無生機、死氣沉沉的地方。但一項最新的研究顯示,守護著我們的蒼白月球要比遠遠地看起來更有活力。根據科學家測量月球外層的稀薄大氣所獲得的最新數據,我們的月球似乎被帶電的殼層包圍。滿月期間,地球保護月球不受狂暴的太陽侵擾,這時可能正是月球帶電殼層累積能量的時刻。

事實上,當你凝望天空中閃耀的明亮滿月時,可能正是月球電力最充足的時候了!

擁有大氣層的行星或是衛星,通常在外層還會有電離層(ionosphere)存在。如果有些物質抵達這麼高的高度,就會進入真空的太空,受到星光和宇宙射線的襲擊,原子中的電子會被剝離,形成一層稀薄而蔓延的帶電氣體殼層,或者稱為電漿。

雖然月球上的重力非常微弱,但還是有一層非常薄的大氣層,稱為外氣層(exosphere)。有許多來源能夠補充外氣層的氣體分子,像是月球表面因為放射性元素衰變而產生的微小氣體脈衝,受到微小隕石或是太陽風衝擊而往上的原子,甚至是被靜電力懸浮推動而向上飄浮的月球塵埃。

早在1970年代,蘇聯的月球(Luna)19號和22號探測器繞行月球時,就已經輕輕掠過寧靜月面上方的一層帶電粒子。有可能就像是在地球上的情形一樣,月球上奇特瀰漫的外氣層會與星光相互作用,產生電離層。雖然這樣的電離層存在的時間很短暫,但它確實存在。

「我們仍有很多不清楚的地方,並且要說這一切仍有些爭議也不為過,」亞斯柏.赫拉卡斯(Jasper Halekas)表示,他是這篇刊載在《地球物理研究通訊》(Geophysical Research Letters)期刊最新研究的第一作者,同時也是愛荷華大學(University of Iowa)實驗太空物理的副教授。 。

有部分的問題是因為月球的電離層非常微弱,當來自太陽和地球的大量電漿流過並覆蓋月球時,幾乎無法偵測到月球電離層。這使得的月球電離層的許多特性隱身在濃霧之後,因而引發了許多爭論。

尾風裡的空腔

赫拉卡斯和他的團隊希望能解開這個謎團,因此轉而尋求在黑暗中漂浮的兩個探測器協助──美國航太總署(NASA)的「月球與太陽交互作用之加速、重聯、湍流及電動力學」(Acceleration, Reconnection, Turbulence and Electrodynamics of the Moon’s Interaction with the Sun)任務,或者簡稱為「阿蒂蜜絲」(ARTEMIS)。

顧名思義,這兩個在月球不尋常軌道上的探測器,可以幫助我們了解月球如何受到太陽影響,探測器上的儀器能夠窺探月球非常瀰散的外氣層。

但是研究團隊為了在最佳時機觀測,挑選了一個非常特別的時間:滿月。

此時相對於太陽來說,月球位在地球的背後,因此是處於地球磁場細長尾部裡類似空腔的部分。這表示此時月球和微弱的電離層外殼受到保護,不會被大量不斷流入深太空的高能太陽風影響。

在這個關鍵的時期,阿蒂蜜絲號可以追蹤月面亮緣受到太陽光轟擊的電漿波,並繪製出更詳細的月球電離層分布圖。這是科學家首度在月球上使用這種令人難以置信的精準技術,他們發現月球的電離層比地球上的還要稀薄約100萬倍。

這些從月球來的電漿雖然很微弱,但在這個由地球磁場營造出的保護區內,密度還是明顯高於周圍的電漿。這表示月球的電離層在地球庇護下,變得更為明顯。

赫拉卡斯這麼描述這個電離層相對較高峰的情形──「在月球周圍的少量電漿冒泡泡和沸騰了起來。」

電漿流通

這項發現的關鍵是──這代表月球的電漿能夠顯著地擾亂來自地球和太陽的電漿,因此我們才有機會觀測到電流的變化,以及這個區域周圍的電子分布有所不同。地球和月球之間,甚至可能有電漿流通的情形,先前的研究也提供了一些可能的證據,顯示粒子交換的確存在。

但是,月球和地球之間的存在電漿通道,以及這對地球和月球兩者的意義,現在都還只是高度理論性的概念而已。在太空船載運更好的儀器進行測量之前,我們仍應該對此保持存疑的態度。

宇宙中其他岩質天體是否會和月球有相同的情形?現在還很難下定論。倫敦英國自然歷史博物館(Natural History Museum)的行星科學教授莎拉.羅素(Sara Russell)表示,太陽系的小行星和其他衛星比我們的月球還要小得多,這也代表這些天體的外氣層會更薄。

除此之外,比月球離太陽更遠的天體,所受到的陽光照射也會更少,這代表這些天體的外氣層電離情形不會太強。 這兩個因素讓科學家認為,就算這些岩石天體真的有電離層,應該還是會比我們的月球帶電層更為微弱。

不過,赫拉卡斯認為月球奇怪的電離層令人著迷不已,「別把月球想像成天空中那塊死氣沉沉、了無趣味的大石頭。」

↑↑↑↑↑我們有顆溼答答的月球?!

 

撰文:Robin George Andrews

編譯:林宇威

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