月球的电离层之 谜

■ 吴雨霖

没有大气层的世界，怎么会有电离层？别怀疑，月球就是有办法做到！研究月球的科学家对于月球为何会有电离层已经伤透了脑筋，但是现在，这个问题或许有了答案。

首先来谈谈何谓电离层。电离层是大气层被太阳射线电离的部分，它是磁层的内界。每个有大气层的类地行星都有电离层。在这些岩质行星的上空，大气与太空的交界处，来自太阳的紫外辐射将空气分子游离化，使得此处充满带电气体，这就是电离层。在电离层中，阳光电离大气分子与离子重新捕获自由电子的过程平衡。一般来说高度越高大气约稀薄，则电离过程约占上风。在地球上，电离层对通讯和航行很重要。例如：电离层可反射无线电波，使地面上的短波电台将信息传递到很远的另一个接收站内。电离层也会弯曲或散射来自GPS卫星的信号，有时会让你的GPS出错，没侦测到正确的位置信息。

20世纪70年代，俄罗斯的“月球19”号和“月球22”号宇宙飞船首度侦测到月球电离层的证据。当它们以贴近月表的轨道环绕月球时，飞船感应到有带电物质散布在离月表数十千米高的地方，带电物质密度最多可达每立方厘米1000个电子的程度，大约是任何理论可解释的1000倍以上。在月球掩过遥远电波源的过程中，电波信号穿过月球边缘的瞬间，电波天文学家也发现月球电离层存在的证据。

“月球没有大气层”这个事实，与“月球具有电离层”这个现象相互矛盾，深深困扰月球科学家。然而，或许月球也不是完全没有大气层呢！月球内部放射性元素衰变过程中所释出的气体有部分渗至月表；流星体和太阳风也会为月表带来一些原子。但是，这些方式带来的气体都非常稀薄，许多研究学者拒绝承认这叫做月球大气层，因为这个月球外气层的密度只有地球的1/1017，根本不足以解释月球电离层的浓度。

40年过去了，有关月球电离层的谜题有了一个不一样的解答。戈达德太空飞行中心的蒂姆·斯塔布于2011年年年初提出他的看法：可能是月尘惹的祸！年仅30的斯塔布，在发现月球电离层时甚至还没出生呢！但是，他在研读“阿波罗15”号航天员的记录时，发现其中一段提到他们看到月球地平线上空有片奇异的光辉，许多研究人员认为这些航天员看到的应该是月尘。月表是个极度充满尘埃的环境，这些悬浮的尘粒会散射日出时或日落时的阳光，在月球地平线附近形成曙光或暮光。

斯塔布和他的同事们发现，月表上空飘浮的尘粒可以为电离层提供答案，太阳光的紫外线同时射向了电离层和浮尘，而尘粒会被太阳的紫外辐射游离。根据他们的计算，这种游离过程足以提供足够的带电粒子（阳性颗粒周围的负电子），从而形成所观测到的电离层。

电离层是由尘粒所形成的，而非气体所构成，这对行星科学研究而言，是个非常新颖的点子。没人知道这种现象在月表上有无昼夜的区别，或是会否随着太阳活动周期而变化，甚至会不会影响到未来在月球表面进行的电波通讯与航行的工作。美国航空航天局目前正在绕月飞行的ARTEMIS探测器，以及计划在2013年发射的LADEE宇宙飞船，或许可以解答这已悬宕了40年的谜题。