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月球南极地区光照条件独特，且可能存在水冰分布，近年来已成为各国争相探测的目标。我国嫦娥七号任务计划着陆在月球南极，但这片区域月面电场分布复杂，可能导致月尘静电迁移，对月面探测活动造成危害。8月30日，记者从中国科学院国家空间科学中心获悉，该中心联合兰州空间技术物理研究所，利用自主建立的理论模型并结合数值模拟，揭示了月球南极附近的电场分布以及尘埃迁移特征。
沙克尔顿坑附近海拔高度图（左）以及理论计算得到的电势分布图（右）
嫦娥七号着陆区选址在月球南极沙克尔顿坑附近，将对月球南极月表空间环境以及水冰分布进行综合勘察。“月球南极地区太阳高度角较低，易形成地形遮挡带来的局部光照区和阴影区，由于一般光照区带正电、阴影区带负电，月面尘埃会在这种局部电场作用下发生迁移。”中国科学院国家空间科学中心副研究员谢良海说，这种尘埃迁移活动一方面可形成局部尘埃云，另一方面可能改变极区的水冰分布。
“这些空中悬浮的尘埃颗粒形状很不规整，且极易黏附到物体表面，从而会对月面探测器及人体健康带来危害。”兰州空间技术物理研究所高级工程师赵呈选说。因此，对月球南极地区的电场分布以及尘埃迁移特征进行深入研究势在必行。
科研团队利用自主建立的理论模型并结合数值模拟，对沙克尔顿坑附近的带电及尘埃迁移特征进行了理论分析。沙克尔顿坑位于月球南极点附近，直径21公里、深4.2公里，坑壁坡度达30度。由于太阳风的偏转角一般小于20度，太阳风离子无法到达坑内背风侧，只有热速度占优势的电子能到达，这意味着背风侧将带很强的负电。经过计算，沙克尔顿坑内背风侧电势最低为负175伏，并逐渐向迎风侧增加到接近0伏。坑边缘凸起部分由于接受到太阳光照发射光电子而带正电，最高为正2伏。
月表带电是通过月面的尘埃带电实现的，且相邻月尘颗粒携带同种电荷，因此会受到静电排斥力而离开月表，并在重力和空间电场力作用下进行迁移。理论计算发现，正常月面的尘埃迁移活动并不明显，迁移高度一般低于1公里，而从撞击坑背风侧发射的尘埃颗粒迁移高度可达10公里。同时，尘埃颗粒还会水平迁移，最远可达40公里。总体而言，沙克尔顿坑附近由于地形遮挡效应，会形成一个厚度10公里、半径约40公里的局部尘埃云。
为了得到沙克尔顿坑附近的尘埃密度分布，科研团队还对月面带电和尘埃运动进行了数值模拟，发现撞击坑周围确实存在地形遮挡带来的局部尘埃云，其数密度约为1万个至10万个每立方米，该结果与美国月球大气与尘埃环境探测器（LADEE卫星）的观测结果一致。
“这说明我们的计算结果是可信的，因而可以借助该模型对月球南极附近尘埃分布作定量分析。这将大大提高对月球南极地区电场和尘埃环境的认识，也为后续月球极区探测活动尘埃防护以及尘埃探测方案的制订提供了依据。”谢良海表示。特别是我国嫦娥七号任务将搭载电场和尘埃探测器，这些结果为分析嫦娥七号探测数据，及后续取得进一步科学发现打好了基础。此外，研究成果也为研究其他无大气天体的尘埃活动，以及分析尘埃活动对水冰分布的影响提供了依据。
来源：北京日报客户端 记者 刘苏雅
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