月球在生锈！科学家困惑不已：没水没氧气，它是如何生锈的？
【月球在生锈！科学家困惑不已：没水没氧气，它是如何生锈的？】如果你家有铁锅 ， 并且在刷锅的时候没有把水擦干净 ， 锅底就有可能出现一层红色的物质 ， 那就是铁锈 。 或者如果你走在一条老巷子里 ， 会发现一座铁门上有很多部位都锈迹斑斑 ， 充满了时间的味道 。
我们知道 ， 这些锈都来自于铁 。 铁是我们生活中最常见的金属 ， 很容易生锈 ， 影响使用 ， 所以才有了不锈钢 ， 或者通过镀层来防止生锈 。 中学化学告诉我们：铁生锈的条件是要有水和氧气 ， 三者结合成为带有结合水的三氧化二铁 ， 这就是铁锈 。 在遥远的火星上 ， 到处都遍布着铁锈 ， 这也让它变成了奇怪的红色星球 。
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令科学家困惑的是 ， 就在距离我们最近的天体——月球上 ， 也出现了“生锈”的情况 。 尽管那里没有空气 ， 极少量的水也是以固态冰的形式存在 ， 但它竟然也在生锈！
2008年 ， 印度空间研究组织的月船1号探测器发射升空 。 在环绕月球进行探测的时候 ， 它发现了位于月球两极的特殊结构 。 2018年 ， 利用NASA喷气推进实验室设计的月球矿物学测绘仪（M3）高光谱成像技术进行颗粒光谱分析 ， 科学家们最终证明他们发现了月球两极的赤铁矿（即三氧化二铁的矿物） 。 科学家们也大惑不解 。 根据我们现有的知识 ， 找不到支持月球表面环境能支持铁生锈的反应原理 。
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（图片说明：月球表面铁锈 ， 颜色被加强过）
更让他们百思不得其解的是 ， 月球表面还不断地承受着来自太阳的氢气流轰击 。 如果你还记得中学化学的话就会知道 ， 氢气是一种非常常见且有效的还原剂 ， 它可以很慷慨地将自己的电子贡献出去 ， 变成氢离子 。 而被氢气抛弃的电子则可以替换掉铁的电子 ， 从而使得氢气和氧气结合成为水 ， 而铁则重新分离出来成为铁单质 。
换句话说 ， 根据月球表面的情况 ， 铁是不应该生锈的 。 即使生锈 ， 在氢气流的作用下 ， 氧化铁也会被还原成铁单质 。 那么 ， 月球表面的铁锈到底从何而来、又是如何“独善其身”的呢？
来自夏威夷大学马诺阿分校的行星科学家李帅（ShuaiLi ， 音译）也表示了他的疑惑：“这件事的确很诡异 ， 月球表面绝不是一个适合铁生锈的环境 。 ”
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李帅是对月球赤铁矿进行分析的研究人员之一 ， 他表示：“在对月球极地进行M3分析的时候 ， 我发现有些光谱特征和模式与我们在阿波罗计划中采集到的低纬度区域样本大不相同 。 所以我也在思考：月球表面是否会进行水岩反应呢？在经过几个月的调查之后我恍然大悟 ， 原来我一直在观察赤铁矿！”
在取得这个发现以后 ， 他们陷入了沉思：这些赤铁矿到底是从何而来的呢？它们为何会出现在没有水和氧气的月球上呢？
他们想到：这个答案的线索 ， 或许就隐藏在赤铁矿在月球表面分布情况之中 。 巧合的是 ， 此前的一项研究曾经分析过月球表面遭受过的一些小天体撞击 。 这种撞击被认为和水有密切的关系 ， 并且这种撞击的分布和赤铁矿的分布吻合度相当之高 。 我们有理由推测：或许是小天体撞击将混在月球岩石中的水挖掘出来 ， 从而与铁发生了反应 ， 将铁氧化成铁锈 。
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水有了 ， 铁生锈的另一个反应物——氧气又是从何而来呢？
这时 ， 月球表面赤铁矿的另一个特点引起了科学家们的注意 ， 那就是它们几乎都分布在朝向地球的那一侧 。
李帅对此解释说：“月球表面的赤铁矿集中分布在靠近地球的一侧 ， 这可能与地球有一定的关系 。 这让我想起了日本月女神任务中的一个发现：当月球位于地磁场尾部的时候 ， 地球高层大气中的氧气在太阳风的吹动下来到月球表面 。 因此 ， 地球大气层中的氧气很有可能就是月球赤铁矿的氧化剂来源 。 ”
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一般来说 ， 当我们地面上看到满月的时候 ， 恰好是月球和太阳位于地球两侧的时候 。 这时候在太阳风的作用下 ， 地球磁场呈彗星一样的形状 ， 月球就恰好位于磁尾 。 这就非常有意思了 ， 因为月球正好位于太阳风的“下风口” ， 地球大气中的氧气会被吹到月球表面 。 与此同时 ， 月球原本能接收到的太阳风有99%都被地球遮住 ， 因此太阳风中的还原性氢就不会来到月球 ， 铁生锈的反应于是可以毫无阻碍地进行下去 。
虽然月球表面的水和地球高层大气飞到月球表面的氧相当有限 ， 但是仍然足以发生微量的反应 。 而随着平均不到一个月一次的满月窗口期 ， 再加上几十亿年的漫长岁月 ， 月球于是积累了足够的赤铁矿 ， 最终被我们发现 。
至此 ， 问题就全部解决了吗？没有 。
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这个解释相当合理 ， 但也有无法解释的内容 。 如果氧气真的是从地球高空大气传输过去的 ， 那么在永远也看不到地球的月球背面 ， 为何也有少量赤铁矿被发现呢？虽然背面的赤铁矿并不多 ， 但仍然足够给我们提出一个问题：这里的氧来源又是什么呢？
目前来说 ， 科学家们也没有一个合理的解释 ， 有人怀疑是月球高纬度地区的水所形成的 ， 不过这也只是猜测 ， 还需要更多的证据 。
不论怎样 ， 这些赤铁矿的发现足够引起科学家们的兴趣 ， 这意味着月球表面还有很多我们想象不到的事情在发生 。 更重要的是 ， 如果这些赤铁矿中的氧的确来自于地球 ， 那么它很可能也记载着地球的历史 。 我们知道 ， 氧是有多种同位素的 ， 每一种同位素含量的变化都能告诉我们当时的地球气候 。 因此 ， 如果能够对这些赤铁矿进行深入的分析 ， 那么我们可以借此了解地球气候的变迁和大气层的演化过程 ， 解开许多未解之谜 。
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在未来几年的时间里 ， 许多空间组织将会执行月球采样计划甚至是载人登月计划 ， 这一次的发现或许会让他们考虑采集一些赤铁矿回来 。 如果能够将它们带回地球进行分析 ， 相信科学家们还会有许多新的重大发现！
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