地球或向月球“播撒”生命要素：新研究揭示磁場牽引大氣粒子跨空際輸送

最新一項研究顯示，在長達數十億年的時間里，地球磁場可能一直在把地球大氣中的粒子“輸送”到月球表面，使這顆看似荒涼的衛星悄然積累了與生命相關的關鍵化學元素。 科學家指出，這一過程不僅可能在月壤中留下地球大氣演化的長期“化學檔案”，還意味著月球表面潛藏著可供未來人類探月和駐留利用的資源。

研究由美國羅切斯特大學團隊開展，成果發表在《Communications Earth & Environment》期刊上，核心觀點是：地球磁場并非單純“鎖住”大氣，反而在太陽風的推動下，為部分帶電大氣粒子打開了逃逸通道。 當太陽風剝離地球高層大氣中的帶電粒子時，這些粒子會沿著地球磁場力線運動，其中一些力線延伸至月球軌道附近，使粒子最終沉積在月球表層土壤（風化層）之中。

研究團隊成員、物理與天文學系教授 Eric Blackman 指出，通過把月壤中保存的粒子信息與太陽風與地球大氣相互作用的計算機模擬結合起來，有望重建地球大氣與磁場在地質歷史時期的演變軌跡。 早前阿波羅登月任務采集的樣本分析顯示，月壤中含有水、二氧化碳、氦、氬、氮等揮發性物質，其中氮的含量尤其難以用太陽風來源單獨解釋，為“來自地球”的假說提供了重要線索。

早在 2005 年，東京大學研究團隊就提出，部分月壤揮發性物質可能源自地球大氣，但當時主流觀點認為，這種轉移更可能發生在地球尚未形成全球性磁場之前，因為磁場被視為阻止大氣逃逸的“保護罩”。 羅切斯特大學的新研究則表明，這一假設并不完全準確：在存在磁場的情形下，借助太陽風與磁力線的配合作用，大氣粒子向月球輸送的效率反而更高。

為驗證這一機理，團隊利用高級數值模擬構建了兩種情景：一種是早期沒有磁場、但太陽風更為強烈的地球，另一種是類似當今、擁有強磁場而太陽風相對較弱的地球。 模擬結果顯示，在現代這類具備強磁場的條件下，通往月球的粒子通量更為可觀，意味著地球向月球“播撒”大氣粒子的過程，很可能貫穿了月球歷史的大部分時間。

這項研究由研究生 Shubhonkar Paramanick、地球與環境科學學者 John Tarduno 以及計算科學家 Jonathan Carroll-Nellenback 等共同完成。 他們認為，月壤中記錄的這些粒子，構成了追溯地球過去大氣組成、氣候演化、海洋變化乃至生命發展進程的一扇獨特窗口。

從應用角度看，如果月球表層長期積累了來自地球的大氣成分，那么其中的水、氮等揮發性元素，未來有望被用于支持月面人類活動，減少從地球發射物資的依賴，顯著提升深空探索的可持續性。 研究作者還指出，這一機制對于理解其他類地行星的大氣逃逸和宜居性具有更廣泛的啟示意義，例如曾經擁有類似地球磁場和更厚大氣層的火星，其早期大氣物質可能以類似方式被帶離星球。

編譯自/ScitechDaily