没有液态水和氧气，月球为何还能“生锈”？

月球，我们最近的宇宙邻居，也是太阳系中人类唯一踏上的天体，我们相当了解月球，那里没有空气，没有液态水，虽然有水冰。

所以你可以理解为什么在月球上探测到的赤铁矿让科学家们感到困惑，因为赤铁矿是一种铁的氧化形式，在地球上，需要有空气和水的存在才能形成。尤其是在月球不断受到太阳风的氢流冲击的情况下，太阳风是一种还原剂，它将电子“捐赠”给与之相互作用的物质，氧化作用是由于电子的丢失而发生的，所以即使所有的元素都具备了氧化作用发生的条件，太阳风也会将其抵消。

“这种现象令人非常费解，”夏威夷大学马诺阿分校的行星科学家李帅说。“对于赤铁矿的形成来说，月球是一个非常糟糕的环境。”

月球北极赤铁矿的增强图。(Shuai Li)

这赤铁矿是在印度空间研究组织的月船1号轨道飞行器收集的数据中发现的，由NASA喷气推进实验室设计的月球矿物学制图仪(M3)使用高光谱成像技术进行颗粒光谱分析，给出月球表面矿物成分的详细分解。

通过这种方式，李和他的同事在2018年发现了月球两极周围高纬度地区的冰层，但是，当他检查数据时发现一些奇怪的现象。

“当我检查极地地区的M3数据时，我发现一些光谱特征和模式与我们在低纬度地区或阿波罗样本中看到的不同，”李说。“我很好奇月球上是否可能存在水+岩石反应。经过几个月的调查，我看到了赤铁矿的痕迹。”

这就提出了一个大问题：赤铁矿到底为什么会分布在那里呢？它与之前发现的与撞击有关的水的痕迹相当吻合。科学家们认为，水冰可能与月球表面的风化层混合在一起，并在撞击事件中被挖掘和融化。

赤铁矿也大多出现在月球一直面向地球的那一面。李说：“月球近端有更多赤铁矿，这表明它可能与地球有关。”

“这让我想起了日本月亮女神号(Kaguya)任务的一项发现，当月球处于地球磁尾中时，来自地球上层大气的氧气会被太阳风吹到月球表面。因此，地球大气中的氧气可能是产生赤铁矿的主要氧化剂。”

在满月期间，我们的卫星在地球的磁尾区，磁层远离太阳的尾部区域。在这种情况下，超过99%的太阳风无法到达月球，这意味着氢还原剂在氧化过程中并没有全部升起。将这三种成分——极少量的分子水，极少量的氧气，以及每月可以自由形成锈斑的短暂时间结合在一起，经过几十亿年，赤铁矿在月球上生成。

然而，这并不意味着这个谜已经完全解开。

“有趣的是，赤铁矿并非只存在于月球近端，地球的氧气可能从未到达那里，尽管暴露在那里的情况要少得多，”李说。

“在月球高纬度地区观察到的少量水可能与月球远端赤铁矿的形成过程有很大关系，这对解释一些缺水的小行星上观察到的赤铁矿有重要意义。”

矿物本身会非常有趣，不同年代的赤铁矿沉积物可能仍然保留着数十亿年前地球历史上不同年代的氧同位素，这对于理解我们星球的大气演变非常有用。当然，这也会对理解月球的历史产生深远的启发。

“这一发现将重塑我们对月球极地地区的认识，”李说。“地球可能在月球表面的演化过程中扮演了重要的角色。”

这项研究发表在《科学进展》杂志上。

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