月尘运动与生物毒性研究进展

月尘易于发生迁移运动,影响月表和近月空间环境及月面物质成分分布.?研究月尘是认识水星、小天体等地外无大气天体表面尘埃形成机制、尘埃发射机理及运动规律的基础.?在航天工程上,月尘是任何月面探测活动都无法避免和必须应对的重要环境问题,是未来载人登月及月球基地建设的重要挑战.?前期探月任务中观测到了大规模的月尘活动,并据此开...     

带电月尘活动对月球磁场的影响

本文介绍了基于月尘扬起机制的"动态喷泉模型",分析了月尘扬起的过程;最后提出了"带电月尘活动电磁感应模型",计算得到月面明暗交界处带电月尘活动产生的感应磁场强度小于0.0064nT.本文证明带电月尘的活动对月球磁场的影响微小,可以忽略.     

月尘的性质及危害评述

月尘是广泛分布于月球表面的微小颗粒,大小约在30 nm~20 μm之间,95%以上小于2 μm,中值粒径约为100~300 nm,形态复杂多变,以玻璃小球、气泡构造、棱角状碎片为主,含有大量纳米颗粒金属铁和玻璃质,玻璃质含量超过50%,尤其是＜2 μm的部分中,玻璃质含量高达80%~90%,化学成分与月壤基本类似,在不同地貌单元也体现出SiO₂含量的差异.月尘的成分和颗粒特征使其具有独特的电磁性质和生物毒性,容易粘附于航天器表面和进入航天员体内,危害航天器和航天员的安全和健康,严重影响月面探测的正常实施.因此,对月尘的研究是保证月面探测工程正常实施的迫切需要;同时,月尘是月球表面物质经历长期的太空作用形成的,在颗粒成分和结构特征上保留了其演化过程的重要信息,是研究月表物质和大气演化、太空风化作用等科学问题的关键线索.但是目前对月尘的颗粒微观成分和结构差异、电磁特性和光学特性,纳米金属铁的特征和成因等方面的研究还不够深入,限制了月表物质演化历史的研究和月尘粘结腐蚀性、生物毒理学具体机理的认识.在月尘研究中利用模拟月尘弥补月尘样品稀缺的局限,并通过模拟实验加强以上方面的研究,能够更好地满足科学问题和工程探测的实际需要.      

月球南极沙克尔顿撞击坑周围电势和尘埃静电输运的理论分析

近年来,月球南极地区因其特殊的光照条件以及撞击坑永久阴影区中可能存在的水冰而成为未来探测的焦点.沙克尔顿(Shackleton)撞击坑几乎位于月球南极点,已成为包括嫦娥七号任务在内的未来着陆任务最热门的目的地.然而,人们对该撞击坑周围的电势和尘埃环境仍然知之甚少.本文建立了一个理论模型来研究撞击坑周围的月表电势和尘埃的静电输运.研究发现,由于地形遮挡,该撞击坑的底部会充负电,背风侧坑壁表面电位最低可至-175V.相应地,有大量带电尘埃颗粒会从背风侧坑壁发射出来,迁移高度可达10km,水平迁移距离约为40km,这使得撞击坑附近可形成局部尘埃云.通过数值模拟对地形遮挡和局部尘埃云进行了验证,发现撞击坑附近确实产生了局部尘埃云,典型尘埃密度为10⁴～10⁵m^-3.研究结果对未来撞击坑附近月面探测的环境评估具有重要意义.此外,研究结果还有助于理解其他无大气天体的表面充电和尘埃静电输运过程.     

月球光照区尘埃静电迁移规律:初步理论结果

空间环境中,暴露在太阳风等离子体和紫外辐射中的尘埃颗粒由于光电发射等而带电。月球光照区带电的尘埃颗粒受静电场驱动或微陨石轰击发生迁移。本文计算结果表明,月球光照区粒径为0.01μm的尘埃颗粒静电迁移达到的最大高度约为1km,而在月球黑暗区亚微米级的尘埃颗粒静电迁移可以到达50km的高度。尽管微陨石轰击溅射的尘埃颗粒可到达~100km的高度,但是尘埃数密度与微陨石轰击事件直接相关,并随着高度变化。由于重力作用,溅射的尘埃快速沉降。溅射和沉降过程中,尘埃颗粒由于光电发射等继续充电。在局部电场强度和德拜鞘高度分别为5V/m和1m条件下,粒径<0.37μm的带电尘埃颗粒以"弹跳模式"运动,而粒径>0.37μm的带电尘埃颗粒返回月表,并再次轰击溅射尘埃。根据本文结果可以推断,月球尘埃实验(LDEX)在月球夜晚20~60km高度记录的尘埃事件可能与尘埃的静电迁移相关,但是月球白天记录的事件可能并不包括静电迁移的部分。