新研究发现，地球磁场并非只是在保护大气，它还可能长期把大气粒子输送到月球，这改写了我们对月壤来源和行星演化的认识。
在阿波罗时代，宇航员把月球尘埃带回地球时，没有人意识到，这些样本里藏着一段跨越地月空间的旅程。有些分子，可能来自地球本身。
后来，对阿波罗17号样本的分析发现，松散的月壤中含有水、二氧化碳等挥发性物质，这些物质并未出现在同时采集的月岩中。当时的解释是，月球几乎没有大气，太阳风可以轻易把带电粒子轰击到表面，于是这些挥发物被认为来自太阳，同时还包括氦、氩和氮等元素。
但问题出现了。这些挥发物的含量明显过高，仅靠太阳风无法解释。
2005年，由东京大学研究人员主导的一项分析提出了新的来源。他们认为，这些挥发物中有一部分来自地球大气，而且发生在地球尚未形成稳定磁场的远古时期。按照当时的理解，一旦地球磁场建立，大气粒子就会被挡住，无法逃逸到太空。
这个结论维持了多年。
如今，罗切斯特大学天体物理学家Shubhonkar Paramanick领导的研究团队给出了另一种解释。地球磁场并不只是屏障，它的磁力线反而可能为大气粒子指路，把它们送入太空，再由太阳风带往月球。
Paramanick认为，粒子主要通过地球的磁尾逃逸。磁尾是太阳风挤压地球磁层后，在背向太阳的一侧拉出的长结构。磁尾中存在南北两个磁力线区域，中间夹着一层等离子体。由于湍流、不稳定的等离子体状态，以及磁重联现象，地球大气中的粒子会被释放出来。
这些粒子沿着磁尾中的磁力线移动，最终被太阳风接管。当月球运行到地球夜侧，正好穿过磁尾时，不少粒子就会直接撞上月球表面，留在月壤里。
Paramanick在发表在《Nature Communications Earth & Environment》的论文中指出，大气物质的转移，只有在月球位于地球磁尾中时才最有效。月壤中那些非太阳来源的成分，更可能是在地球长期存在磁场的情况下逐步沉积，而不是来自某个短暂、没有磁场的远古阶段。
和月球或火星不同，地球拥有持续运转的地磁发电机。外核中的熔融金属在对流过程中运动，带动电荷流动，从而产生磁场。地球磁场已有约37亿年历史。在这漫长时间里，地球粒子不断被输送到月球，等于在灰色月尘中，留下了一份地球早期环境的记录。
研究团队用计算机模拟了两种情况。一种是古老的地球，磁场较弱，太阳风更强。另一种是现代地球，磁场更强，太阳风相对较弱。结果出人意料，现代地球向外输送的粒子反而更多。
这意味着，月球上的挥发性物质可能比我们此前认为的还要丰富。被困在月壤颗粒中的分子，未来或许能为登月宇航员提供空气和饮用水，减少从地球携带补给的重量和成本。
这项研究对理解火星的命运也有启发。人们普遍认为，火星曾拥有更厚的大气层，可能一度适合生命生存。但当地核发电机停止运转，磁场消失后，大气逐渐流失。对比地球和火星的演化，以及它们大气粒子的逃逸方式，或许能帮助我们理解行星宜居性的长期变化。
Paramanick表示，来自现代地球大气的物质，确实可以解释月壤中氮和稀有气体的非太阳来源成分，也为太阳与非太阳物质之间的同位素差异，提供了一个合理的答案。
本文译自 popularmechanics，由 BALI 编辑发布。
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