月球電離層存在的可能性

2007年10月16日09:15  

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  月球表面大氣密度極低,粒子間的碰撞完全可以忽略不計。月球大氣中的離子主要是由於太陽輻射中的紫外線引起的光致電離。這個譜段中的紫外輻射不能電離月球大氣的中性成分。而太陽輻射中能產生月球大氣電離的紫外輻射譜段中最大通量出現在37eV附近。而氖、氬的平均電離能約為19eV,在電離時基本仍處於與月表溫度平衡的狀態400K,而電子獲得超出電離能的額外能量。從上分析可以推斷,月球的夜晚幾乎不存在電離層。當月球處於地球的磁尾中,由於地球磁層屏蔽了太陽風對月球的作用,月表光照面的大氣密度很低,研究人員分析了此時月球電離層密度在距月面100km的高度約為1.2×10-2電子/立方厘米。

  科學家們計算了太陽風與月壤相互作用產生的熱蒸發和太陽風離子濺射對月表大氣的影響。

  Ne 、He、H會隨著太陽風強度的增強而密度增加,而Ar會隨著強度增加密度降低。因為隻有H原子溫度與月表溫度相同時,其熱速度大於月球的逃逸速度。而其他的原子、分子在月球白天的熱速度都遠遠小於月球的逃逸速度。考慮到光照區光電子殼層的存在,月球表面帶有5∼10V的正電位,在光電子殼層內產生的電離離子會受到鞘層電位的加速,平均獲得的能量為5eV,He原子的速度為1.6km/s,仍然小於月球的逃逸速度。因此,在月表光電子鞘層內產生的電離離子由於受到月表剩余磁場的約束而很難逸到星際空間,並受到太陽風的加速,在月表光電子鞘層以外,20km上區域產生的電離離子,其動能基本上與月表光照區的月表溫度相同。

  從以上分析,我們可以得出近月空間不存在全球性的電離層,當月球處於太陽風中,光照區近月空間存在電離層是非常有可能的,電離層的等離子體密度約為100∼1000電子/立米厘米的量級,電離層密度的變化與月相、當地的月表剩磁、太陽風條件、當地的月壤特性等相聯系。

  來源:《月球科學概論》

(責編:張文君)
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