太空風化知多少

于雯

何為風化？對于生活在地球上的我們并不陌生。風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生物理、化學變化而在原地形成松散堆積物的全過程。物理性的風化作用包括因為大氣情況如熱力、水、冰及壓力導致巖石礦物的分解。化學性的風化是指與大氣化學物的直接反應，或與生物產生的化學物反應，最終使的巖石、礦物及土壤分解。風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景。

何為太空風化？

太空風化則與我們上面提到的地球上風化作用完全不同。它的重要性在無大氣行星體上展現的淋漓盡致。所謂太空風化是指高能太陽風粒子、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化層的微觀結構、化學和光學特性，這些影響被稱為太空風化。

月球上的太空風化

我們對太空風化過程的了解，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（或風化層）。最早在月球土壤中發現的太空風化產物是一種膠結物。它是由微隕石轟擊月球表面時，溶解少量物質并與周圍的玻璃和礦物碎片膠結在一起形成的。這種膠結物在月壤中很常見，尺寸從幾微米到幾毫米，占成熟月壤的60%-70%。這些復雜且形狀不規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。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，它偏轉了一些破壞性的太陽風粒子。因此，在屏蔽區域會形成淺色的漩渦。然而，周邊區域由于太空風化作用而明顯變暗。

在月球表面和返回的月球樣品中都發現了水之后，月球“極干燥”的假設便不再成立。月球表面水的一個可能來源被為是太陽風質子（H+）與含氧的表面礦物相互作用形成的，月船一號（Chandrayaan-1）M3測得渦旋區域的數據強有力的支持了這個假設。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定性的了解還處于早期階段。

水星上的太空風化

水星的環境和成分與月球有很大的不同，這些不同影響了水星風化層中太空風化的表現。因為水星靠近太陽，質量更大，使得撞擊體的速度和通量遠高于月球。在單位面積上，對水星的撞擊預計產生的融化量是對月球類似撞擊產生的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，水星上的空間風化產物將以更快的速度產生。由于目前缺少水星樣品，只能通過遙感探測數據進行研究分析，研究結果表明，水星上的空間風化產物與月球上存在較大的不同。

小行星上的太空風化

從理論上講，由于小行星的質量較小，撞擊體撞擊其表面的速度會變慢，產生的融化和蒸汽也較少，進而使得小行星表面的風化程度也低。實際上，已有證據表明小行星表面存在太空風化，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的光譜。另外，隼鳥號返回的Itokawa小行星土壤顆粒分析發現，這一過程正是太空風化。由于Itokawa的直徑很?。?50m），人們認為低重力條件下不可能形成成熟的風化層，然而，從返回的樣品來看，風化產物確實是存在的。

為什么研究太空風化？

對于太空風化的認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計，降低空間風化作用對探測器收集數據的影響，提高數據解譯的準確性；太陽風作為水的產生和補給來源對于未來的行星基地建設及原位資源利用都至關重要。因此，太空風化的研究與人類探索太陽系的征程息息相關。

（編輯/高緯時）