月球上的氧气痕迹来自地球植物

地球的生物圈已经覆盖月球表面数十亿年

在这张来自150多万公里外的卫星图像中,月球穿过地球的表面。新的研究表明,来自地球生物圈的氧气可能覆盖着月球表面,这可能为科学家提供一种研究我们地球古代空气的新方法。

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一项对日本月球轨道飞行器数据的研究表明,月球可能携带了地球生命产生的物质,其历史可以追溯到植物首次将氧气充满地球大气之时。

大阪大学的寺田健太郎领导的团队研究了“月球与工程探测者”的数据,更广为人知的是“辉夜姬”。研究人员发现月球土壤中存在某种氧同位素,而这种同位素存在于地球上。

地球大气层中近25亿年来的几乎所有氧气都来自光合作用。这意味着月球岩石一直在从地球上的生物中吸收少量氧气;研究人员说,月球被植物的废弃物“污染”了。[月球:10个令人惊讶的事实]


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日本宇宙航空研究开发机构 (JAXA) 于 2007 年发射了辉夜姬探测器。该探测器完成了任务,并于 2009 年坠毁在月球上。该任务旨在研究月球的起源、其表面和当地的重力环境。离子能量分析仪 (IEA) 和离子质量分析仪 (IMA) 两个仪器测量了来自月球的离子(带电原子)和地球磁层中的离子。

月球会在两种不同的环境中度过一段时间;在围绕地球运行的大部分轨道上,这颗天然卫星会暴露在太阳风中,并从中吸收离子。当月球从太阳视野中消失时,它位于地球磁场延伸到太空,远离太阳的区域(这被称为磁尾)。在那段时间里,来自地球的带电粒子,而且只有来自地球的带电粒子,才会到达月球。

离子之所以会逸出地球大气层,是因为当阳光或偶尔的宇宙射线撞击太空边缘的氧原子(或任何其他气体)时,这些原子会失去一个电子,从而带电。地球的磁场会捕获由此产生的离子,其中一些会被抛入太空。

寺田告诉 Space.com,离子来源的证据是氧-16 同位素。地球高层大气和月球中的氧-16 相对较少,而太阳风中的氧-16 较多。月球土壤的氧含量有三个组成部分:一种富含氧-16,来自太阳风。另一种贫氧-16,在团队查看数据并将这种成分与地球大气层中的离子进行比较之前,尚不清楚其来源。

寺田说:“有趣的是,未知的[氧-16]-贫乏成分的同位素组成与月球土壤的同位素组成非常相似,与臭氧层的同位素组成非常相同。”

第三个特征是来自太阳的离子带的电荷更高。中性氧原子有八个质子和八个电子。来自地球的氧原子通常只失去一个电子(并记为 O+)。来自太阳的氧原子通常会失去更多的电子;例如,它们将是 O5+,这意味着该原子失去了五个电子。研究人员说,高度电离的太阳氧原子不太可能重复来自地球的单电离原子的行为,因为来自太阳风的离子必须重新获得一些被剥离的电子。科学家说,电子和原子不太可能偶然相遇并重新结合。

科学家说,另一个证明这种氧气来自地球的证据是离子渗透到月球土壤中的深度。来自地球的离子与该团队在月球上发现的氧离子的能量范围相同:大约 1,000 电子伏特。研究说,那些源自太阳的离子的能量要高得多,渗透得也更深。

该研究发表在 1 月 30 日的《自然天文学》杂志上

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