元宵佳節将至，先祝大家人月兩團圓！

月球作為我們最親近的鄰居，一直陪伴着人類，随着科技的發展，人類在1969年也首次登陸月球，月球的神秘面紗逐一揭開，但還有3個謎團，一直困擾着科學家們：

為什麼月球岩石不像月球那麼古老？

月球的年齡剛剛超過 45 億年，僅比太陽系本身年輕 6000 萬年。内太陽系的早期是混亂的，由固體物質在新生太陽周圍鞭打時不斷碰撞來定義，在被稱為行星吸積的過程中逐漸形成越來越大的物體。對阿波羅宇航員收集的岩石的分析表明，大部分是由大約 39 億年前的撞擊事件造成的，但幾乎沒有一個是月球最初6 億年的時間。這很奇怪，因為随着行星吸積過程的結束，撞擊事件應該變得不那麼頻繁，所以你會發現更多由早期碰撞形成的岩石。

這導緻科學家們假設月球在大約 39 億年前遭受了強烈的碰撞，這一時期被稱為晚期重型轟炸，或者更富有詩意的月球災難。雖然這個理論很好地解釋了阿波羅月球岩石，但它也提出了一個大問題：是什麼導緻所有這些岩石開始撞擊月球？領先的模型表明，外行星的軌道過去離太陽更近，當它們向外移動時，大石頭與月球發生碰撞。但另一種理論認為，這場災難從未發生過，而且可追溯到 39 億年前的大量岩石是由于樣本偏差造成的。

最近的三個阿波羅任務都從三個主要撞擊坑——Imbrium、Serenitatis 和 Nectaris 中采集了樣本。新的證據表明，用于确定每個隕石坑年齡的樣本，這對于确定是否發生過一段時間的猛烈轟擊至關重要，實際上可能隻是形成最大隕石坑——雨海——大約 39 億年前的撞擊産生的碎片。

阿爾比恩學院的行星科學家 Nicolle Zellner 說：“我們非常有信心，當 Imbrium 形成時，它的噴射物濺到了近側的收集區域。” “因此，當阿波羅宇航員降落在這些地區并收集樣本時，他們很可能會收集到雨海的樣本。”

Zellner 說，解決月球災難辯論的最佳方法是訪問樣本不太可能被雨海撞擊污染的隕石坑，例如南極或月球的遠端。 如果這些新樣本中的大多數都超過 39 億年，這将使月球災難的理論受到嚴重質疑，也有助于科學家更好地了解早期太陽系的狀況。

是什麼創造了月球電離層？

在地球大氣層外圍的高處是一個帶電粒子區域，稱為電離層。它是當太陽風從大氣氣體中剝離電子，将它們轉化為離子時産生的。 1970 年代，兩個蘇聯月球軌道飛行器發現月球的超薄外逸層中也存在離子，從那時起，科學家們一直試圖解釋這一觀察結果。

愛荷華大學物理學和天文學副教授 Jasper Halekas 說，月球有電離層這一事實并不特别令人驚訝。任何有大氣層的行星，即使是像月球一樣彌散的行星，當氣體與太陽風相互作用時都會産生離子。然而，令人驚訝的是月球電離層密度的測量結果存在差異。這些數字的範圍從每立方厘米約 1,000 個電離粒子到每立方厘米約十分之一粒子。正如 Halekas 指出的那樣，“四個數量級是一個相當大的測量差異範圍，即使在天文學方面也是如此。”

更好的測量将幫助科學家了解月球電離層是如何産生的。就在十年前，一些科學家認為月球電離層可能是由大氣中的電離塵埃形成的，這将使月球的電離層與地球的電離層大不相同。然而在 2013 年，當月球大氣塵埃和環境探測器未能在月球上層大氣中探測到大量塵埃時，這一理論遭到了嚴重質疑。問題是，如果每立方厘米真的有 1000 個離子，月球外逸層中氣體的電離不能解釋如此高的濃度——隻是沒有足夠的氣體。

Halekas 是月球表面電磁學實驗的聯合研究員，該實驗最近被 NASA 選為 12 個實驗之一，該實驗将搭乘商業着陸器登上月球表面。該實驗将測量不同類型電磁場的振蕩，可用于以前所未有的精度确定電離層的密度。 Halekas 預測，該實驗将發現足夠低的離子濃度以匹配存在的氣體量，這将結束争論。但是，如果實驗檢測到高濃度，Halekas 說有必要“回到繪圖闆上”來解釋這些離子是如何大量産生的。

月球水是從哪裡來的？

2018年，美國宇航局的科學家使用印度月船一号宇宙飛船的數據明确證明月球兩極存在水冰（water ice）。大部分冰存在于南極永久陰影的隕石坑中，那裡的溫度永遠不會超過-250華氏度。這對于未來的月球探險來說是個好消息，他們計劃将這些水冰用于從生命維持到火箭燃料的一切所需。盡管目前尚不清楚水冰的形式——大塊或晶體與月球風化層混合——但對于許多科學家來說，最大的問題是它最初是如何到達那裡的。

根據科羅拉多大學博爾德分校的行星科學家保羅·海恩（Paul Hayne）的說法，關于水是如何起源于月球的，有三種主要理論。海恩說，最“明顯”的理論表明，水冰是由小行星和彗星撞擊沉積的，在那裡它蒸發并最終到達兩極。也有可能來自太陽風的電離氫與被困在風化層中的氧結合，最終由于表面溫度波動而以汽化水的形式釋放出來。最後，有一種可能是水存在于最初形成月球的物質中，并被火山噴發迫使其浮出水面。這可能是所有三個過程都在起作用，這使得每個機制貢獻了多少水成為一個問題。

相信随着越來越多團隊和儀器登陸月球，這三大未解之謎也會在不久的将來被解開的。

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