人類首次：我國嫦娥六號揭示月球上存在太陽風吹起來的負離子

IT之家 3 月 17 日消息，據中國科學院國家空間科學中心分享，嫦娥六號著陸器搭載的國際首臺地外空間專用負離子分析儀（NILS），成功實現人類首次月球表面負離子直接探測，揭示出月球上存在由太陽風吹拂產生的負離子，破解了長期困擾科學界的月球負離子存在之謎。

▲ 嫦娥六號 NILS 儀器觀測示意圖

據介紹，月球是無大氣天體代表，太陽風可直接轟擊月表。近年來研究結果表明，太陽風質子打到月壤后，大部分被注入風化層中，約 10%–20% 以能量中性原子（ENA）形式散射，約 0.1%–1% 以正離子形式反射。

此外，理論和實驗室研究還預期，部分質子可能在散射過程中捕獲第二個電子形成負離子（H?）。然而，由于光致解吸作用，H?在太陽輻射下極易失去電子而消散，在 1AU 處的壽命僅約 0.07 秒，因此難以存活到環月軌道器高度，導致以往的月球軌道探測任務未能捕捉到負離子信號。

▲ H?能譜及其與太陽風參數的相關性

IT之家從中國科學院國家空間科學中心獲悉，嫦娥六號著陸器上搭載了一臺由瑞典空間物理研究所和中國科學院國家空間科學中心聯合研制的負離子分析儀（NILS），這是國際首個地外空間專用負離子探測器，它在兩天觀測時間內獲得了六段有效的 H?能譜數據，實現了人類首次在月球表面對負離子的直接探測。

研究人員將這批數據與歐洲的阿特米斯衛星同期觀測的太陽風參數進行系統比對分析，發現了一個清晰的規律：氫負離子的通量和能量，與太陽風的通量和能量呈現出極強的正相關性。太陽風最強時段的負離子通量，是最弱時段的三倍。這為“負離子起源于太陽風轟擊月表”提供了直接的觀測證據。

此外，H?平均能量集中在 250–300 eV，說明這些負離子主要由太陽風在月表的散射過程產生。本研究還進一步利用蒙特卡洛測試粒子模擬揭示了其空間分布特征：

• 在向陽面，由于光致解吸效應，H?被限制在緊貼月球表面的薄層內，密度隨高度迅速衰減，50 公里以上降至 10? m?3 以下；
• 在背陽面，由于該區域處于月球陰影區內無太陽光照，光致解吸效應消失，H?被電磁場拾起后可形成延伸數個月球半徑的長負離子尾。

這一新發現的帶電粒子組分可參與填充月球尾跡區的等離子體空腔。在極端太陽風密度事件期間，H?密度可比正常條件高出 10 倍以上，其可能對月球空間環境帶來顯著影響，比如產生一些等離子體波動等。

▲ 不同太陽風條件下 H?密度的模擬空間分布

該研究利用嫦娥六號 NILS 的首次月表負離子觀測數據，發現了 H?通量和能量與太陽風參數的強相關性，為月表 H?起源于太陽風散射過程提供了直接觀測證據。這些結果不僅提高了人們對月球等離子體環境的認識，還為研究月表太空風化以及外逸層提供了新的視角。