揭秘:地球為何能讓月亮「生鏽」

2021-01-10 財經產業網
揭秘：地球為何能讓月亮「生鏽」

2020-12-24 14:24:50 來源:中科院地球環境研究所

最近，發表在《Science Advances》期刊的一項研究證實，月球表面高緯度地區存在赤鐵礦(Fe?O?)，這是個讓人浮想聯翩的發現，畢竟Fe?O?是鐵鏽的主要成分，沒有氧氣和液態水的月球，哪裡來的鐵鏽?

此前關於月球表面是否存在正三價鐵物質的問題，在科學界一直都非常有爭議。例如，科學家已經在阿波羅登月計劃帶回的月壤樣本中發現了少量正三價鐵物質(包括Fe?O?和FeOOH)，然而很多後續的研究認為，那些是由於被地球環境所汙染而產生的。新研究進一步證明了：月球表面確實會「生鏽」，而且這場生鏽還會繼續進行下去。

月亮也是會「生鏽」的

在地球上，鋼鐵生鏽是一種普遍的自然現象，任何暴露在室外的鋼鐵質品都在生鏽的路上越走越遠，無法回頭。相關科學研究估計，全球每年因生鏽而廢掉的鋼鐵製品約佔當年總產量的十分之一。因此生鏽是一件讓人十分頭疼的事情，會讓鋼鐵設備表層變脆、變鬆散，進而降低其力學性能， 縮短使用壽命，在使用過程中還會引發無數的故障問題。

人們嘗試採用各種防鏽措施，但仍舊無法逃脫鏽跡斑斑的命運，只能做到延緩這一過程。這就像生命一樣，無法避免衰老。實際上無論是金屬的生鏽，還是生命的衰亡，都是氧化反應在起作用，而讓這一過程進行所必需的成分，便是生活中無處不在的氧氣(O?)，它在維持機體正常生命活動的同時，也在慢慢地消耗我們的壽命。這是一種化學性質十分活躍的氣體。

除了氧氣之外，金屬的氧化鏽蝕還需要水(H?O)的參與，這兩種物質在地球上可以說無處不在，這是防鏽工作如此難搞的主要原因之一，鏽蝕時刻準備趁虛而入，尤其是在潮溼的天氣下。鐵鏽的主要成分為三氧化二鐵(Fe?O?)，這是一種三價鐵物質(鐵元素的化合價為正三價)，也稱為氧化鐵， 紅褐色，化學性質穩定，一旦形成後不易與其他物質發生反應。鐵是地球上最多的金屬元素，因此氧化鐵在自然界是一種普遍存在的化合物，但多與其他物質混合在一起。其中赤鐵礦便是富含氧化鐵的一種常見礦物，工業煉鐵的重要原料。

赤鐵礦在太陽系其他類地行星上也很常見。火星被稱為「紅色行星」，即是因為表面被赤鐵礦所覆蓋。

在近日發表的這項新研究中，研究者通過分析月船一號(Chandrayaan-1)軌道飛行器上搭載的月球礦物繪圖儀(M3)測得的紅外反射光譜數據後，發現赤鐵礦普遍存在於月球高緯度地區，而且主要分布在面向地球的一面。

這讓人十分意外，要知道鐵生鏽是一種氧化反應，需要氧氣和水的共同參與，但月球表面即沒有大氣層，也沒有液態或氣態水，因此並不具備像地球那樣的氧化條件，那月球表面怎麼生鏽的呢?赤鐵礦從何而來?科學家推斷，可能是近鄰的地球在搞鬼!

地球為何能讓月亮「生鏽」

月球是地球唯一的天然衛星，也是距離地球最近的星球，平均距離僅為38萬公裡。兩者在萬有引力的作用下，相互繞轉(圍繞共同質心)長達數十億年之久，彼此間有著緊密而又複雜的協同演化關係。月球的質量較小，僅為地球的1/81，表面引力場約為地球的1/6，使其無法束縛住月面的氣體，因此月球沒有大氣，再加上月球的磁場微弱到幾乎不存在，這使太陽風、星際塵埃顆粒和小型天體能夠肆無忌怠地轟擊月球表面。

太陽風是來自於太陽日冕層的高能帶電粒子流(等離子流)，主要成分為氫原子核 (H+，也就是質子) 和 電子(e-)，它們在與其他物質的化學反應中起到還原劑的作用，使參與反應的元素增加電子，從而降低化合價;而與之相反的氧化反應(氧元素作為氧化劑)則是移除電子，增加元素的化合價。因此月球表面和內部具有高度的還原性，非常不利於赤鐵礦的形成。前面也提到，地球上鐵的氧化鏽蝕還需要氧氣和水的共同參與, 很明顯月球表面並不具備這些條件。

那麼，月球高緯度地區的氧化條件是如何形成的?地球在其中扮演了什麼角色?首先說一下氧元素的來源問題，研究者認為生成赤鐵礦所需的氧來自於地球的高層大氣。與地面的不同，那裡的氧原子處以高度電離狀態，在地球磁場的作用下，這些帶電粒子能傳播到遙遠的行星際空間。地磁場就像一個巨大的「防護罩」，使地面的生物免受太陽風的威脅。太陽風與地磁場的相互作用，使得面向太陽一面的磁場被嚴重壓縮，而背對太陽一側的地磁場則向反方向一路延伸，猶如一條長長的尾巴，因而稱為「磁尾」，長度至少在數百個地球半徑以上。地球磁尾具有了類似「運輸通道」的作用，地球高層大氣中的電離粒子，能夠沿著磁尾中稀疏的磁感線被輸送到遙遠的空間，這些來自地球的等離子體帶電粒子流被稱為「地球風(Earth wind)」。

月球圍繞地球公轉的周期約為30天，且公轉軌道與地球磁尾有交疊，因此月球在每個月裡會定期穿過地球的磁尾。由於磁尾位於太陽的反方向，月球穿過磁尾大概是在滿月前後的6天時間裡，在這段特別的時間裡，磁尾中的磁場將為月球阻擋99%以上的太陽風，使月面的還原性大減，同時地球風又輸送來氧化反應所必須的氧離子(當然量不會太多)，這些條件為赤鐵礦的形成提供了一個短暫的窗口期。在圍繞地球運行的過程中，月球總是以同一面朝向地球，因此這一面(正面)理應接受到更多的氧離子，而此項研究也確實證實了赤鐵礦主要存在於月球正面。

既然穿行在磁尾中的月球已經具備了氧化條件和和地球來的氧元素，形成赤鐵礦還差最後一個參與者——水，但月球無大氣層，導致液態水無法存在，目前僅在月球背面的隕石坑裡發現固態的水冰，那麼水要裡從哪來?研究者推斷，缺少大氣層的保護，月面會頻繁遭受星際塵埃粒子等小型天體的轟擊，這有將助於釋放月球表層中的水分子，同時這些外來的塵埃粒子本身也可能攜帶水分子，進而與月壤中的鐵發生氧化反應，產生鏽跡。另外撞擊產生的熱量會加快氧化反應速率。

就這樣，月球每次穿過磁尾，月面都會被鏽蝕一點點，也就是說月面正在慢慢變紅，經過數十億年的不斷積累，演變成今天這幅狀態，然後被地球上的人類發現、研究。當然，以上的解釋還主要基於理論預測，仍需要大量的觀測數據作為支撐。隨著未來眾多更加先進的無人探月和載人登月計劃的實施，關於月球更多的秘密將被揭開。

地月系統之間有著漫長的演化歷史，其年齡和太陽系差不多，二者之間的關聯遠比人類所想像的要複雜得多。只有更好的了解我們的鄰居，人類才能以此作為前哨站，邁向更遠的太空。回過頭來，這對於認識地球自身也有著重要的啟示意義。

撰文 | 馬 超

相關焦點

  • 月亮生鏽了，很可能是地球的錯
    月亮變得如此微紅，這很可能是地球的錯。最新研究發現，我們星球的大氣層可能正在使月球生鏽。在月球的近側發現了更多的鐵鏽。但並非所有的天體環境都適合生鏽，特別是乾燥，無大氣的月球。 研究報告的主要作者，馬努阿夏威夷地球物理與行星研究所夏威夷大學的助理研究員李帥在聲明中說：「這非常令人困惑。」 「月亮是形成[鏽]的可怕環境。」
  • 月亮生鏽了！還是地球幹的？
    月亮生鏽了！得出這個結論時，科學家們的反應估計跟諸位看到這篇文章的反應差不多，這是不可能的，畢竟，月球上沒有氧氣和液態水這兩個造成生鏽的基本元素。但最新研究表明，這是事實，而且跟地球有很大的關係。最近，當NASA和夏威夷地球物理與行星研究所的研究人員對數據進行分析時，他們驚訝地發現了鐵的氧化物赤鐵礦的痕跡。月球上有很多富含鐵的巖石這是大家早就知道的，但是只有當鐵暴露於氧氣和水中時才會生鏽。
  • 誰讓月亮生鏽了|月球|地球|南北極
    圖片來源 美國國家航空航天局作者 張 俊月亮生鏽了。科學家們得出上述結論時，他們的第一反應跟你我別無二致——這怎麼可能？地球這個唯一的衛星上沒有氧氣，而氧氣是產生鏽的兩個基本條件之一，另一個是水。但證據就擺在那裡。人們能做的，只有為這樁怪事尋找合理解釋。
  • 地球為什麼能讓沒有氧氣的月球「生鏽」？
    例如，科學家已經在阿波羅登月計劃帶回的月壤樣本中發現了少量正三價鐵物質（包括Fe₂O₃和FeOOH），然而很多後續的研究認為，那些是由於被地球環境所汙染而產生的。新研究進一步證明了：月球表面確實會「生鏽」，而且這場生鏽還會繼續進行下去。
  • 最新研究發現，我們地球的大氣層，讓月亮「生鏽」了
    ，你會發現月亮變得越來越紅。最新研究發現，我們地球的大氣層，讓月亮「生鏽」了！鐵鏽，即氧化鐵，是一種微紅色的化合物，當鐵暴露在水和氧氣中時形成。但並不是所有的天體環境都適合生鏽，特別是我們乾燥、無大氣層的月球。
  • 月亮在生鏽
    氧化鐵赤鐵礦-會生鏽。然而，一種可能的解釋是地球的影響，因為它可以為月亮提供必要的氧氣。乍一看，月亮看上去冷，荒蕪而死，因為它沒有大氣層，也沒有磁場。因此，其表面暴露於空間的硬輻射，無數隕石的撞擊以及太陽風。太陽風中所含的質子還促進減少了硬矽酸鹽中的化學反應，這就是為什麼它包含更多的元素或更少的氧化金屬的原因。
  • 月亮生鏽了？是地球惹的禍
    看到一個橘紅色的月亮？或許你沒看錯，因為科學家最近發現，月亮生鏽了！經過幾個月的研究，李和NASA的科學家們認為他們已經破解了這個謎團，而這個謎團的答案就在地球上。地球被包圍在一個磁場中，太陽風將這個磁場拉伸，在順風方向形成一條長長的磁尾。月亮會在滿月前三天進入這條尾巴，它需要六天的時間穿過尾巴從另一邊離開。在這六天裡，地球的磁尾用電子覆蓋著月球表面，各種奇怪的事情都可能發生。據NASA稱，月球表面的灰塵顆粒可能會漂浮在地面上，還可能會變成沙塵暴。
  • 月球上沒有氧氣為何還會「生鏽」？都是地球惹的禍
    例如，科學家已經在阿波羅登月計劃帶回的月壤樣本中發現了少量正三價鐵物質（包括Fe₂O₃和FeOOH），然而很多後續的研究認為，那些是由於被地球環境所汙染而產生的。新研究進一步證明了：月球表面確實會「生鏽」，而且這場生鏽還會繼續進行下去。
  • 月球表面越來越紅,疑似「生鏽」了,科學家為何甩鍋給地球?
    月球表面越來越紅，疑似「生鏽」了，科學家為何甩鍋給地球？曾經民間流傳著嫦娥奔月的傳說，以至於不少人單純的認為，嫦娥生活在月球上，月球上早已孕育無數的生命。然而最新的研究表明，月球表面發生了異象，它有了生鏽的痕跡，這究竟是怎麼一回事呢？科學家初步判定，月球生鏽可能與地球有關，生鏽非常明顯，月球變得比以往紅了，可能是地球的大氣層導致，按理說地球的大氣層與月球沒有直接的關聯，為什麼將所有的鍋全部甩在大氣層上呢？月球表面越來越紅，疑似「生鏽」了，科學家為何甩鍋給地球？
  • 月球乾燥無氧，卻在「生鏽」？地球很有可能是「催化劑」
    月亮一直以來都十分「皎潔」，然而近期科學家發現月球正在生鏽，或許未來的月亮會變得越來越紅。月球上的水資源十分有限，並且基本沒有氧氣，而生鏽主要是氧化作用，需要有水和氧氣，那麼月球為何會出現氧化鐵，這或許和地球有關，地球的特殊環境，不知不覺成為月球氧化的「催化劑」！
  • 月亮在生鏽？是什麼原因在作怪？難道有鐵？
    月亮可能不應該生鏽。 鏽是一種氧化鐵，它需要氧氣和水才能自然發生，因此您會認為月亮-一種幾乎是乾燥且完全沒有氧氣的天體-不會有任何鏽蝕。但事實證明確實如此。科學家們正試圖找出原因。有許多因素，但地球應歸咎於部分原因。首先，月亮上有少量水。冰水存在於月球坑中，但該水存在於月球的遠側，遠離生鏽的地方。當前的理論是，經常撞擊月球的塵埃粒子正在幫助釋放水分子，使這些水分子與表面的鐵混合。然後是氧氣部分。那就是地球進來的地方。
  • 月亮怎麼了？月球是生鏽了嗎？似乎還我們有關係
    月亮變得如此微紅，這很可能是地球的錯。最新研究發現，我們星球的大氣層可能正在使月球生鏽。月亮怎麼了？月球是生鏽了嗎？但並非所有的天體環境都適合生鏽，特別是乾燥，無大氣的月球。馬努阿夏威夷地球物理與行星研究所夏威夷大學的助理研究員李正正在研究報告中說：「這非常令人困惑。月亮是形成[鏽]的可怕環境。」李正正在研究JPL月亮礦物學製圖儀的數據，該圖是印度航天研究組織的月船一號軌道飛行器上的衛星，當時它在2008年對月球進行了勘測，當時他意識到月球的極點與其餘部分完全不同。
  • 缺氧月亮生鏽了！　天文學家震驚推測：可能是地球害的
    （圖／達志示意圖）實習記者陳妙津／綜合報導月亮居然生鏽了！月亮上雖然富含鐵，但缺乏氧氣，又滿是由太陽風夾帶而來的氫，幾乎不可能產生鏽蝕，因此該結論也讓天文學家們大跌眼鏡，深究其中原因發現，月球上的鐵之所以會生鏽，可能是因為地球的磁尾所造成的。
  • 月球表面為何生鏽？科學家猜測兩種原因，其中一個跟地球有關
    而且，科學家們在最近的監測中還發現，月球正逐漸生鏽，或者與地球有關，甚至會影響人類。月亮是地球周圍唯一的衛星，由於同步旋轉的關係，它總是向地球呈現同樣的方向，所以我們看到的月亮其實並沒有多大的不同。我們都知道，地球上的東西如果離不開氧和水，就不能生鏽，那為什麼月亮上會有這種情況？
  • 為何白天也能見月亮
    白天耀眼的太陽自東向西運動普照大地，夜幕降臨，則是星星、月亮的舞臺。太陽和月亮似乎不會碰面，但有的時候月亮也會在白天悄悄現形，形成日月遙望之景。為何會出現如此奇妙的景象呢？地球上每天能夠看到的月亮大小取決於當天的月相，每一天的月相都會有變化。
  • 月球生鏽了，是地球惹的禍？
    月亮變得越來越紅，這很可能是地球的錯。最新研究發現，地球的大氣層可能會導致月球生鏽。但並不是所有的天體環境都適合生鏽，尤其是對於乾燥、無大氣層的月球而言。「這非常令人費解，」夏威夷大學地球物理和行星學研究所的助理研究員李帥說，月球上的環境很糟糕，按理說很難形成鐵鏽。李帥在研究來自印度太空研究組織「月船一號」軌道飛行器上搭載的月球礦物學製圖器返回的數據時，他發現月球兩極的成分與其他部分有很大不同。
  • 月球正在生鏽！太空沒水為何會生鏽？
    但月球不應該有氧氣或液態水，所以它怎麼會生鏽呢?金屬謎謎團始於太陽風，太陽風是一股從太陽流出的帶電粒子流，以氫轟擊地球和月球。氫使得赤鐵礦的形成更加困難。它被稱為還原劑，意思是它向與之相互作用的材料中加入電子。這與製造赤鐵礦所需要的物質正好相反:鐵要生鏽，需要一種氧化劑，它會去除電子。雖然地球有磁場保護它不受氫的影響，但月球沒有。「這很令人費解，」李說。
  • 揭秘自然界5大未解之謎,不生鏽的純鐵極少人知曉!
    1、不生鏽的純鐵由前蘇聯和美國從月亮採集而來的塵埃中都含有純鐵的顆粒，前蘇聯人宣稱由月球探測器「佐德20」號取回的純鐵顆粒在地球上幾年後也不生鏽。純鐵不生鏽在地球上聞所未聞。不過只有一個難以解釋的例外：在印度新德裡有一根純鐵的柱子，從不生鏽，沒有人能給予合理的解釋。2、北緯30°你知道嗎？世界上最不可思議的地方，有許多神秘而有趣的自然現象。如密西西比河、尼羅河、長江等，均在北緯30度入海。
  • 月球生鏽了！原因讓人大跌眼鏡，竟來自地球！不是太空人帶上去的
    地球上處處可見生鏽的鐵，但鐵要生鏽有兩個不可或缺的條件：水與氧氣。而月球——我們的衛星，一顆理應乾燥無比且沒有氧氣存在的天體，近日卻被探測器發現它也有鐵鏽的痕跡。在氧氣和水充足的情況下，鐵會完全氧化成鐵鏽（也稱氧化鐵），地球上常見生鏽的鐵釘，而火星因為古代曾有過水和氧氣，也被發現有生鏽鐵。但科學家最近在挖掘印度太空研究組織繞月衛星「月船一號（Chandrayaan-1）」的數據時，卻驚訝發現幾乎不存在大氣層的月球，居然也生鏽了。
  • 月亮居然「生鏽」了 原因竟是這樣
    來源：環球網【環球網科技綜合報導】9月7日消息，據外媒報導，科學家在最近的監測中也發現，月球正在逐步的「生鏽」，而原因或與地球有關。但眾所周知，月球上沒有氧氣和液態水這兩個造成「生鏽」的基本元素。日前，NASA和夏威夷地球物理與行星研究所的研究人員對從印度太空研究組織的Chandrayaan-1月球探測器獲取的數據進行分析後發現，月球兩極的巖石與月球其他區域的成分不同。