Chandrayaan-3探測(cè)月球上“意外”的硫含量

在一個(gè)令人興奮的里程碑全球月球科學(xué)家,印度的月船3號(hào)著陸器著陸375 英里 （600 公里）從月球的南極2023 年 8 月 23 日。

在不到14個(gè)地球日的時(shí)間里，Chandrayaan-3為科學(xué)家提供了寶貴的新數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步探索月球的靈感.而印度空間研究組織分享了這些初步結(jié)果與世界。

雖然數(shù)據(jù)來(lái)自月船3號(hào)的漫游車(chē)，名為Pragyan，或梵語(yǔ)中的“智慧”，表明月球土壤含有鐵、鈦、鋁和鈣等預(yù)期元素，它還顯示意想不到的驚喜——硫磺.

像我這樣的行星科學(xué)家已經(jīng)知道硫存在于月球巖石和土壤中，但濃度非常低。這些新的測(cè)量意味著硫濃度可能高于預(yù)期。

Pragyan有兩種分析土壤元素組成的儀器 - 一個(gè)α粒子X(jué)射線(xiàn)光譜儀和激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀或庫(kù)簡(jiǎn)稱(chēng)。這兩種儀器都測(cè)量了著陸點(diǎn)附近土壤中的硫。

附近土壤中的硫月亮的兩極可能會(huì)幫助宇航員有一天在陸地上生活，使這些測(cè)量成為科學(xué)的一個(gè)例子，使探索成為可能。

月球地質(zhì)

有兩種主要巖石類(lèi)型上月球表面– 深色火山巖和更明亮的高地巖石。這亮度差異在這兩種材料之間形成了熟悉的”月亮上的人“臉或”兔子摘飯“的形象肉眼可見(jiàn)。

科學(xué)家在地球上的實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量月球巖石和土壤成分，發(fā)現(xiàn)來(lái)自黑暗火山平原的物質(zhì)往往含有更多的硫比更明亮的高地材料。

硫主要來(lái)源于：火山活動(dòng)。月球深處的巖石含有硫磺，當(dāng)這些巖石融化時(shí)，硫磺成為巖漿的一部分。當(dāng)融化的巖石接近地表時(shí)，巖漿中的大部分硫變成與水蒸氣和二氧化碳一起釋放的氣體。

一些硫確實(shí)留在巖漿中，并在冷卻后保留在巖石中。這個(gè)過(guò)程解釋了為什么硫主要與月球的黑暗火山巖有關(guān)。

Chandrayaan-3對(duì)土壤中硫的測(cè)量是第一個(gè)在月球上發(fā)生的。在數(shù)據(jù)校準(zhǔn)完成之前，無(wú)法確定硫的確切量。

這未校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)LIBS儀器在Pragyan上收集的表明，月球靠近兩極的高地土壤的硫濃度可能高于赤道的高地土壤，甚至可能高于深色火山土壤。

這些初步結(jié)果給出了像我這樣的行星科學(xué)家他們研究月球?qū)λ绾巫鳛橐粋€(gè)地質(zhì)系統(tǒng)工作的新見(jiàn)解。但我們?nèi)匀恍枰却?，看看Chandrayaan-3團(tuán)隊(duì)的完全校準(zhǔn)數(shù)據(jù)是否證實(shí)了硫濃度升高。

大氣硫的形成

科學(xué)家對(duì)硫的測(cè)量感興趣，至少有兩個(gè)原因。首先，這些發(fā)現(xiàn)表明，與月球赤道地區(qū)的高地土壤相比，月球兩極的高地土壤可能具有根本不同的成分。這種成分差異可能來(lái)自?xún)蓚€(gè)地區(qū)之間的不同環(huán)境條件 - 兩極獲得較少的陽(yáng)光直射。

其次，這些結(jié)果表明，極地地區(qū)存在更多的硫。硫濃縮在這里可能已經(jīng)形成來(lái)自極其稀薄的月球大氣層。

月球的極地地區(qū)接受較少的陽(yáng)光直射，因此，經(jīng)驗(yàn)豐富極低溫度與月球的其余部分相比。如果表面溫度下降到-73攝氏度（-99華氏度）以下，那么月球大氣中的硫可能會(huì)以固體形式聚集在表面 - 就像窗戶(hù)上的霜一樣。

兩極的硫也可能來(lái)自古代火山噴發(fā)發(fā)生在月球表面，或來(lái)自含有硫的隕石撞擊表面并在撞擊時(shí)蒸發(fā)。

月球硫磺作為一種資源

對(duì)于長(zhǎng)期的太空任務(wù)，許多機(jī)構(gòu)已經(jīng)考慮建造某種月球基地.宇航員和機(jī)器人可以從南極基地出發(fā)，收集、加工、儲(chǔ)存和使用月球上的硫磺等天然材料——這個(gè)概念被稱(chēng)為原位資源利用.

原位資源利用意味著更少的返回地球獲取補(bǔ)給的旅行，以及更多的時(shí)間和精力用于探索。使用硫作為資源，宇航員可以制造使用硫的太陽(yáng)能電池和電池，混合硫基肥料并制造建筑用硫基混凝土.

硫基混凝土與通常用于的混凝土相比，實(shí)際上有幾個(gè)好處在地球上建造項(xiàng)目.

首先，硫基混凝土在數(shù)小時(shí)而不是數(shù)周內(nèi)硬化并變得堅(jiān)固，并且更耐磨.它也不需要混合物中的水，因此宇航員可以節(jié)省寶貴的水用于飲用，制造可呼吸的氧氣和制造火箭燃料。

而七個(gè)任務(wù)目前正在月球上或月球周?chē)\(yùn)行，月球南極地區(qū)以前從未從表面進(jìn)行過(guò)研究，因此Pragyan的新測(cè)量將幫助行星科學(xué)家了解月球的地質(zhì)歷史。它還將允許像我這樣的月球科學(xué)家提出關(guān)于月球如何形成和演化的新問(wèn)題。

目前，印度空間研究組織的科學(xué)家正忙于處理和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。在月球表面，Chandrayaan-3正在冬眠，為期兩周的月球夜晚，溫度將降至-184華氏度（-120攝氏度）。夜晚將持續(xù)到9月22日。

不能保證Chandrayaan-3的著陸器組件Vikram或Pragyan能夠在極低的溫度下生存，但如果Pragyan醒來(lái)，科學(xué)家們可以期待更有價(jià)值的測(cè)量結(jié)果。

杰弗里·吉利斯-戴維斯，物理學(xué)研究教授，圣路易斯華盛頓大學(xué)藝術(shù)與科學(xué)

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