月球：地球大哥，為什么我在你的身后躲著，也會(huì)覺得“太陽風(fēng)”凜冽如刀割呢？

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地球：月亮小弟，我的磁場(chǎng)似乎有些搖擺，中國(guó)科學(xué)家最新研究發(fā)現(xiàn)即使你在我身后，我的磁場(chǎng)有時(shí)候也“罩不住”你……

6月30日，美國(guó)NASA網(wǎng)站以“發(fā)現(xiàn)月球暴露于太陽輻射的新模式”為題報(bào)道了我國(guó)科學(xué)家最新發(fā)現(xiàn)，相關(guān)論文此前刊登在國(guó)際期刊《地球物理研究·空間物理》上。美國(guó)地球物理學(xué)會(huì)（AGU）、英國(guó)盧瑟福實(shí)驗(yàn)室（RAL）等機(jī)構(gòu)也對(duì)此研究進(jìn)行了關(guān)注和報(bào)道。

“地球磁尾的搖擺是太陽風(fēng)和地球磁層相互作用產(chǎn)生的現(xiàn)象。由于這種搖擺影響到月球的空間環(huán)境，這項(xiàng)研究將有助于人們了解登月后如果長(zhǎng)時(shí)間的進(jìn)行登月作業(yè)，可能面臨著哪些不同的空間天氣。”論文通訊作者、山東大學(xué)空間科學(xué)與物理學(xué)院教授史全岐對(duì)科技日?qǐng)?bào)說，過去認(rèn)為地球磁層偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象主要發(fā)生在距離地球很遠(yuǎn)的地方，如三倍的地月距離上，此次是首次發(fā)現(xiàn)這種偏轉(zhuǎn)發(fā)生在月球軌道上。

為什么這項(xiàng)研究會(huì)得到NASA的關(guān)注？加州大學(xué)洛杉磯分校、THEMIS-ARTEMIS項(xiàng)目的首席科學(xué)家Vassilis Angelopoulos教授認(rèn)為：“將宇航員送到月球進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間活動(dòng)，需要了解月球周圍空間天氣的動(dòng)態(tài)變化?！?/p>

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認(rèn)識(shí)太陽系的“暴風(fēng)驟雨”

一輪滿月，皓明如鏡。

在這樣的日子里，地球上的人們經(jīng)常對(duì)月當(dāng)歌、感嘆歲月靜好。然而在太空中，太陽風(fēng)卻從不停歇的吹向行星空間，間或伴隨著太陽高能粒子的爆發(fā)，沒有大氣層的月球表面其實(shí)遠(yuǎn)非“靜好”，而是經(jīng)常飽受高能粒子輻射的“轟擊”。

這樣的“轟擊”會(huì)帶來什么后果呢？

“對(duì)于探月裝備，最危險(xiǎn)的是高能粒子對(duì)設(shè)備材料和器件的影響?！笔啡f。高能粒子的轟擊會(huì)對(duì)電子設(shè)備和衛(wèi)星材料造成不同程度的損壞，如導(dǎo)致儀器噪聲增加、傳感器讀數(shù)錯(cuò)誤、太陽能電池板退化等。圍繞月球軌道運(yùn)行的衛(wèi)星也可能被帶電粒子影響，并隨著時(shí)間的推移而累積，造成設(shè)備提早“退役”。另外，我們?nèi)绻^長(zhǎng)時(shí)間的暴露在超過安全標(biāo)準(zhǔn)的輻射劑量下, 人體細(xì)胞就會(huì)發(fā)生癌變及其它病變，所以對(duì)于在月表作業(yè)的航天員來講，過量的輻射會(huì)影響到身體健康甚至危及生命，因此在月球上對(duì)人員的輻射監(jiān)測(cè)和防護(hù)也顯得至關(guān)重要。

也有報(bào)道認(rèn)為，當(dāng)太陽風(fēng)質(zhì)子與月球土壤發(fā)生反應(yīng)時(shí)，水的形成也會(huì)產(chǎn)生，因此了解太陽輻射對(duì)于月球表面的作用規(guī)律，也有助于更好地了解水在月球表面的沉積位置和方式，以供月球上人類消耗和航天器燃料來源。

但當(dāng)月球公轉(zhuǎn)到遠(yuǎn)離太陽的一側(cè)（包括滿月階段），地球磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生一定的保護(hù)作用。有研究顯示，地球磁場(chǎng)在夜晚面可以被拉得很長(zhǎng)（形成磁尾），能夠偏轉(zhuǎn)太陽風(fēng)中的高能粒子，給月球表面罩上“保護(hù)罩”。

也就是說，在月球公轉(zhuǎn)周期的四分之三時(shí)間里，太陽風(fēng)中的質(zhì)子、電子以及時(shí)而爆發(fā)的高能粒子會(huì)直達(dá)月球表面，猶如“暴風(fēng)驟雨”襲擊月表；在剩余的四分之一時(shí)間（包含滿月階段），月球會(huì)進(jìn)入地球的磁保護(hù)傘——磁層中被屏蔽。先前的一些觀測(cè)和模擬工作已表明，在滿月期間因?yàn)榇艑拥谋Ｗo(hù)，運(yùn)行在月球軌道上的航天器和在月面上活動(dòng)的航天員會(huì)相對(duì)安全一些。

如果“空間天氣”能這般“四季分明”，那人類在月球上的活動(dòng)將有很明確的“安全期”。然而史全岐團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，并非如此，在此前認(rèn)為的“安全期”期間可能也存在很大的風(fēng)險(xiǎn)。

截獲空間天氣“變臉”

時(shí)間回到2012年3月8日，一道行星際激波由遠(yuǎn)至近襲向月球，阿耳特彌斯探測(cè)器正運(yùn)行到附近，它裝載的磁強(qiáng)計(jì)探測(cè)到空間中衛(wèi)星所在位置的等離子體速度和磁場(chǎng)的大小和方向，并將數(shù)據(jù)傳回地球。

“衛(wèi)星傳回的數(shù)據(jù)是海量的，不同的科研團(tuán)隊(duì)會(huì)設(shè)定不同的研究目標(biāo)，我們?cè)谶M(jìn)行另一項(xiàng)研究工作時(shí)，關(guān)注到這一時(shí)段的等離子體和磁場(chǎng)數(shù)據(jù)有些特別，和磁層有很大的區(qū)別?！笔啡f。

團(tuán)隊(duì)通過對(duì)更廣泛的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和分析，發(fā)現(xiàn)過去在月球軌道附近的觀測(cè)中還沒有出現(xiàn)地球磁層尾部大幅度偏轉(zhuǎn)的報(bào)道。團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)在這個(gè)事例里面一個(gè)行星際激波通過后太陽風(fēng)發(fā)生了大幅度轉(zhuǎn)向，導(dǎo)致磁層在月球軌道處產(chǎn)生大幅度的偏轉(zhuǎn)：磁尾就像被風(fēng)吹拂的“風(fēng)向袋”一樣搖擺。

這樣的搖擺使得月球的空間天氣來了一個(gè)“大變臉”：位于滿月期間的月球直接暴露于地球磁鞘——即被加熱和壓縮了的太陽風(fēng)——之中，如果此時(shí)月表上有探索活動(dòng)，而宇航員和基地設(shè)施沒有得到有效保護(hù)，那么地球磁場(chǎng)也不會(huì)給予有效的屏蔽，很有可能將被剛好到來的高能太陽粒子輻射襲擊。

打個(gè)比方，就像在狂風(fēng)大雨中，“月球（包括月表的人和物）”即使站在傘下，但雨水和時(shí)而出現(xiàn)的冰雹也會(huì)打擊到它。

而這樣的磁層偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象，從1972年有預(yù)測(cè)以來一直被認(rèn)為只能發(fā)生在距離地球很遠(yuǎn)的地方，如三倍以上的地月距離上，從未被觀測(cè)到可能殃及月球。

“最開始我們的角度是研究地球磁尾中的流動(dòng)，但當(dāng)它發(fā)生在月球軌道，那么意味著和月球空間環(huán)境有所關(guān)聯(lián)?！?/strong>史全岐說，理論研究出現(xiàn)了潛在的應(yīng)用價(jià)值，于是團(tuán)隊(duì)聯(lián)系到中科院國(guó)家空間科學(xué)中心，開展了更深入的研究。