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地球磁層對月球近側(cè)與遠(yuǎn)側(cè)的太陽風(fēng)通量具有調(diào)制效應(yīng)，導(dǎo)致兩側(cè)太陽風(fēng)通量呈不對稱分布。這種長期存在的不對稱性或進(jìn)一步影響月表的空間風(fēng)化過程。

近日，中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所、國家空間科學(xué)中心，聯(lián)合澳門科技大學(xué)、云南大學(xué)、吉林大學(xué)，通過測定嫦娥五號（CE-5）與嫦娥六號（CE-6）月壤顆粒的暴露年齡及太陽風(fēng)損傷非晶環(huán)帶厚度，獲得所測樣品的環(huán)帶增長速率，并與阿波羅11號、阿波羅16號和阿波羅17號樣品的測量結(jié)果進(jìn)行對比研究。

結(jié)果顯示，來自月球遠(yuǎn)側(cè)中緯度區(qū)域的CE-6月壤顆粒，其環(huán)帶增長速率相對于來自月球近側(cè)低緯度區(qū)域的阿波羅樣品測得的結(jié)果明顯更高。該趨勢與模擬所得的月表太陽風(fēng)通量分布一致，支持“地球磁層能夠有效屏蔽月球近側(cè)的太陽風(fēng)輻照，從而造成近側(cè)和遠(yuǎn)側(cè)之間的輻照不對稱”的觀點(diǎn)。但是，來自月球近側(cè)中緯度區(qū)域的CE-5樣品表現(xiàn)出異常高的環(huán)帶增長速率，其原因尚不明確。該研究發(fā)現(xiàn)的長期太陽風(fēng)通量局地差異性，為探究月面不同區(qū)域太空風(fēng)化過程提供了新視角。

研究進(jìn)一步對CE-5與CE-6返回的月壤樣品開展微區(qū)分析。實(shí)驗(yàn)選取15顆具有清晰月表暴露特征的長石顆粒，通過掃描電鏡-聚焦離子束切片-透射電鏡分析，獲得各顆粒太陽風(fēng)損傷形成的非晶環(huán)帶厚度、太陽高能粒子輻射徑跡密度?；谳椛鋸桔E密度數(shù)據(jù)，研究估算出各顆粒的暴露年齡，并結(jié)合非晶環(huán)帶厚度算出太陽風(fēng)損傷非晶環(huán)帶的增長速率。研究將測量結(jié)果與已發(fā)表的阿波羅11號、阿波羅16號和阿波羅17號樣品的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

結(jié)果顯示，月球近側(cè)中緯度區(qū)域采集的CE-5樣品具有最高的環(huán)帶增長速率，其值為55.96?±?10.82?nm/Myr；其次為月球遠(yuǎn)側(cè)中緯度區(qū)域的CE-6樣品，其環(huán)帶增長速率為33.21?±?6.16?nm/Myr。相比之下，阿波羅11號、阿波羅16號和阿波羅17號樣品的環(huán)帶增長速率分別為25.10?±?1.76?nm/Myr、23.52?±?5.36?nm/Myr和25.40?±?2.32?nm/Myr。為探討環(huán)帶增長速率與太陽風(fēng)輻照之間的關(guān)系，研究結(jié)合月表太陽風(fēng)通量的數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行綜合分析。

分析表明，相較于阿波羅采樣區(qū)域，CE-6采樣區(qū)域的太陽風(fēng)通量更高。這與研究中CE-6樣品損傷環(huán)帶增長速率高于阿波羅樣品的測量結(jié)果一致。這表明，地球磁層能夠屏蔽月球近側(cè)部分的太陽風(fēng)輻照，造成月球正背面太陽風(fēng)輻照不對稱性，影響月壤的空間風(fēng)化過程。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)，CE-5樣品表現(xiàn)出異常高的環(huán)帶增長速率，意味著月壤損傷程度受到太陽風(fēng)輻照強(qiáng)度的控制，還可能受到其他復(fù)雜因素的影響，如顆粒孔隙度、地形坡度和坡向等。目前，CE-5樣品環(huán)帶增長速率異常的具體原因需要進(jìn)一步研究。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和澳門科學(xué)技術(shù)發(fā)展基金的支持。

論文鏈接

典型受測顆粒的微觀特征

嫦娥五號、嫦娥六號、阿波羅11號、阿波羅16號和阿波羅17號月球樣品顆粒中太陽風(fēng)損傷非晶環(huán)帶厚度與暴露年齡的比較

月球表面太陽風(fēng)通量的分布情況，以及太陽風(fēng)損傷形成的非晶環(huán)帶增長速率與太陽風(fēng)通量之間的關(guān)聯(lián)