太空風(fēng)化知多少

于雯

何為風(fēng)化？對于生活在地球上的我們并不陌生。風(fēng)化作用是指地表或接近地表的堅硬巖石、礦物與大氣、水及生物接觸過程中產(chǎn)生物理、化學(xué)變化而在原地形成松散堆積物的全過程。物理性的風(fēng)化作用包括因為大氣情況如熱力、水、冰及壓力導(dǎo)致巖石礦物的分解。化學(xué)性的風(fēng)化是指與大氣化學(xué)物的直接反應(yīng)，或與生物產(chǎn)生的化學(xué)物反應(yīng)，最終使的巖石、礦物及土壤分解。風(fēng)化作用不僅僅會給我們的生活帶來一絲絲困擾，同樣也為我們帶來一番番別樣的風(fēng)景。

何為太空風(fēng)化？

太空風(fēng)化則與我們上面提到的地球上風(fēng)化作用完全不同。它的重要性在無大氣行星體上展現(xiàn)的淋漓盡致。所謂太空風(fēng)化是指高能太陽風(fēng)粒子、宇宙射線和大小不一的隕石不斷地轟擊無大氣行星體的表面，改變了行星表面上風(fēng)化層的微觀結(jié)構(gòu)、化學(xué)和光學(xué)特性，這些影響被稱為太空風(fēng)化。

月球上的太空風(fēng)化

我們對太空風(fēng)化過程的了解，大部分都是來自于對阿波羅月球樣品的研究，特別是月球土壤（或風(fēng)化層）。最早在月球土壤中發(fā)現(xiàn)的太空風(fēng)化產(chǎn)物是一種膠結(jié)物。它是由微隕石轟擊月球表面時，溶解少量物質(zhì)并與周圍的玻璃和礦物碎片膠結(jié)在一起形成的。這種膠結(jié)物在月壤中很常見，尺寸從幾微米到幾毫米，占成熟月壤的60%-70%。這些復(fù)雜且形狀不規(guī)則的粒子在人眼看來是黑色的，這很大程度上是由于納米鐵的存在。

在月球表面上有一些可愛而神秘的特征，表現(xiàn)出一種明顯的暗和淺的漩渦模式，這些渦旋與局部磁異常（微磁場）有關(guān)。與地球不同，月球沒有全球性的磁場，但月球表面上的磁化巖石會產(chǎn)生小的、局部的磁場，且只延伸很短的距離。這些局部的磁場起著“防曬霜”的作用，它偏轉(zhuǎn)了一些破壞性的太陽風(fēng)粒子。因此，在屏蔽區(qū)域會形成淺色的漩渦。然而，周邊區(qū)域由于太空風(fēng)化作用而明顯變暗。

在月球表面和返回的月球樣品中都發(fā)現(xiàn)了水之后，月球“極干燥”的假設(shè)便不再成立。月球表面水的一個可能來源被為是太陽風(fēng)質(zhì)子（H+）與含氧的表面礦物相互作用形成的，月船一號（Chandrayaan-1）M3測得渦旋區(qū)域的數(shù)據(jù)強有力的支持了這個假設(shè)。同時，模擬實驗和實驗室測量表明，這一過程能夠形成水，但我們對其有效性和穩(wěn)定性的了解還處于早期階段。

水星上的太空風(fēng)化

水星的環(huán)境和成分與月球有很大的不同，這些不同影響了水星風(fēng)化層中太空風(fēng)化的表現(xiàn)。因為水星靠近太陽，質(zhì)量更大，使得撞擊體的速度和通量遠(yuǎn)高于月球。在單位面積上，對水星的撞擊預(yù)計產(chǎn)生的融化量是對月球類似撞擊產(chǎn)生的13.5倍，蒸汽量是19.5倍。由于通量更大、速度更快和溫度更高，與月球相比，水星上的空間風(fēng)化產(chǎn)物將以更快的速度產(chǎn)生。由于目前缺少水星樣品，只能通過遙感探測數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析，研究結(jié)果表明，水星上的空間風(fēng)化產(chǎn)物與月球上存在較大的不同。

小行星上的太空風(fēng)化

從理論上講，由于小行星的質(zhì)量較小，撞擊體撞擊其表面的速度會變慢，產(chǎn)生的融化和蒸汽也較少，進(jìn)而使得小行星表面的風(fēng)化程度也低。實際上，已有證據(jù)表明小行星表面存在太空風(fēng)化，從小行星的光譜與收集到的隕石的光譜不匹配來看，有一個過程改變了隕石物質(zhì)的光譜。另外，隼鳥號返回的Itokawa小行星土壤顆粒分析發(fā)現(xiàn)，這一過程正是太空風(fēng)化。由于Itokawa的直徑很小（550m），人們認(rèn)為低重力條件下不可能形成成熟的風(fēng)化層，然而，從返回的樣品來看，風(fēng)化產(chǎn)物確實是存在的。

為什么研究太空風(fēng)化？

對于太空風(fēng)化的認(rèn)識可以幫助我們理解無大氣行星體的演化過程，降低隕石“尋母”的難度；有助于行星探測器載荷的設(shè)計，降低空間風(fēng)化作用對探測器收集數(shù)據(jù)的影響，提高數(shù)據(jù)解譯的準(zhǔn)確性；太陽風(fēng)作為水的產(chǎn)生和補給來源對于未來的行星基地建設(shè)及原位資源利用都至關(guān)重要。因此，太空風(fēng)化的研究與人類探索太陽系的征程息息相關(guān)。

（編輯/高緯時）