月球正在“生銹”，都是地球惹的“禍”！

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，從地球吹向月球的氧粒子能將月球礦物轉(zhuǎn)化為赤鐵礦（也稱為鐵銹[1]）。中國(guó)澳門科技大學(xué)行星科學(xué)家Ziliang JIN表示，這一發(fā)現(xiàn)加深了研究人員對(duì)地球與月球之間深度關(guān)聯(lián)的理解——并揭示了月球如何保存這些相互作用的地質(zhì)記錄。上個(gè)月，他和同事在《地球物理研究快報(bào)》（Geophysical Research Letters）上發(fā)表了這一研究成果。

大多數(shù)時(shí)候，地球和月球都沐浴在來(lái)自太陽(yáng)的帶電粒子流中。但每月約有5天，地球會(huì)運(yùn)行到太陽(yáng)和月球之間，阻擋大部分太陽(yáng)粒子洪流。在此期間，月球主要暴露于那些原本是地球大氣組成部分、后來(lái)被吹入太空的粒子——這種現(xiàn)象被稱為“地球風(fēng)”。

這種風(fēng)含有多種元素的離子，包括氫、氧和氮。當(dāng)這些帶電粒子撞擊月球時(shí)，它們會(huì)植入月球土壤[2]的表層并引發(fā)化學(xué)反應(yīng)。

2020年，科學(xué)家報(bào)告稱印度“月船1號(hào)”（Chandrayaan-1）任務(wù)在月球兩極附近發(fā)現(xiàn)了赤鐵礦[3]。赤鐵礦是一種富鐵礦物，通常在巖石與水和氧氣反應(yīng)時(shí)形成。但月球的化學(xué)環(huán)境并不利于氧氣存在，這意味著形成赤鐵礦的氧氣可能來(lái)自其他地方。2020年那篇論文的作者推測(cè)，氧氣可能來(lái)自地球風(fēng)。

實(shí)驗(yàn)證明

JIN和同事決定在實(shí)驗(yàn)室中驗(yàn)證這一想法。他們通過(guò)將氫和氧離子加速到高能來(lái)模擬地球風(fēng)，然后讓這些離子高速撞擊已知存在于月球上的富鐵礦物單晶。

用高能氧離子轟擊礦物后，部分晶體轉(zhuǎn)化為了赤鐵礦；而用氫離子轟擊赤鐵礦時(shí)，部分赤鐵礦又還原成了鐵。

JIN表示，結(jié)果表明：月球每月穿過(guò)地球風(fēng)時(shí)，會(huì)發(fā)生許多化學(xué)和礦物學(xué)變化?；蛟S最重要的是，這些結(jié)果表明地球風(fēng)中的氧氣能在月球上形成赤鐵礦。

“這是一項(xiàng)出色的實(shí)驗(yàn)，”夏威夷大學(xué)馬諾阿分校行星科學(xué)家李帥（Shuai Li）說(shuō)，他是2020年那項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人。“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)非常巧妙”，有助于梳理出在月球上形成赤鐵礦的各種影響因素。

李帥表示，他希望未來(lái)能有任務(wù)帶回月球赤鐵礦樣本，以便研究人員分析其中的氧氣，確認(rèn)其是否源自地球風(fēng)。

1. Zeng, X. 等. 《地球物理研究快報(bào)》（Geophys. Res. Lett.）52, e2025GL116170 (2025).
2. Terada, K. 等. 《自然·天文學(xué)》（Nature Astron.）1, 0026 (2017).
3. Li, S. 等. 《科學(xué)·進(jìn)展》（Sci. Adv.）6, eaba1940 (2020).

月球赤鐵礦形成與地球的關(guān)系：地球風(fēng)驅(qū)動(dòng)的氧化過(guò)程

一、地球風(fēng)：月球赤鐵礦的“氧化劑來(lái)源”

地球上層大氣中的氧氣通過(guò)磁層等離子體過(guò)程被輸送至太空，形成“地球風(fēng)”（Earth wind）。當(dāng)月球進(jìn)入地球磁層陰影區(qū)（每月約5天，地球遮擋太陽(yáng)風(fēng)）時(shí)，月球表面主要暴露于地球風(fēng)，其中的高能氧離子成為月球赤鐵礦形成的核心氧化劑。

• 文檔證據(jù)
  月球近側(cè)赤鐵礦豐度顯著高于遠(yuǎn)側(cè)，印證了地球風(fēng)的方向性——近側(cè)更易接收地球大氣輸送的氧氣，而遠(yuǎn)側(cè)因背對(duì)地球接收極少。
• 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
  2025年實(shí)驗(yàn)室模擬顯示，高能氧離子轟擊月球富鐵礦物（如輝石、斜長(zhǎng)石）可直接生成赤鐵礦；反之，太陽(yáng)風(fēng)氫離子（H?）會(huì)將赤鐵礦還原為金屬鐵，進(jìn)一步支持氧氣的氧化作用主導(dǎo)赤鐵礦形成。

二、地球風(fēng)與月球環(huán)境的協(xié)同作用

月球赤鐵礦的形成需地球風(fēng)與月球本地條件（地形、水、太陽(yáng)風(fēng)）共同調(diào)控，地球的影響貫穿“生成-保存”全鏈條：

1. 地球風(fēng)提供氧化反應(yīng)的“原料”

地球風(fēng)中的氧離子植入月球表土后，與撞擊或熱驅(qū)動(dòng)釋放的Fe²?（來(lái)自月球礦物）發(fā)生氧化反應(yīng)：
4Fe²? + 3O? → 2Fe?O?（赤鐵礦）
此過(guò)程需微量水（羥基或分子水）參與以促進(jìn)Fe²?釋放，而月球高緯度地區(qū)的水富集（源于彗星撞擊或太陽(yáng)風(fēng)）為反應(yīng)提供了必要條件。

2. 地球遮擋太陽(yáng)風(fēng)減少赤鐵礦的“破壞”

地球風(fēng)階段（地球遮擋太陽(yáng)風(fēng)時(shí)），月球表面氫離子（H?）通量驟降，避免赤鐵礦被還原（H?為強(qiáng)還原劑）。高緯度地區(qū)因太陽(yáng)入射角低，常年氫通量?jī)H為赤道的9-26%，進(jìn)一步降低赤鐵礦被破壞的概率，因此成為赤鐵礦主要分布區(qū)。

3. 地球引力影響赤鐵礦的“空間分布”

• 緯度差異
  地球風(fēng)氧氣主要到達(dá)月球中高緯度（60°以上），低緯度因持續(xù)暴露于太陽(yáng)風(fēng)氫離子，赤鐵礦難以保存。
• 地形依賴性
  赤鐵礦富集于東向/赤道向斜坡，因這些區(qū)域更易接收地球風(fēng)氧氣與撞擊產(chǎn)生的水，形成“有效氧化環(huán)境”。

三、科學(xué)意義：地球與月球的“地質(zhì)互聯(lián)”

月球赤鐵礦是地球-月球相互作用的直接產(chǎn)物，其分布和同位素組成可能記錄了地球大氣演化史：

• 不同年齡撞擊坑中的赤鐵礦可保存地球遠(yuǎn)古大氣的氧氣同位素信號(hào)，未來(lái)采樣返回任務(wù)有望通過(guò)分析這些礦物，反推數(shù)十億年來(lái)地球大氣的氧含量變化。
• 該機(jī)制為無(wú)大氣天體（如小行星）氧化礦物的形成提供了新范式——即通過(guò)行星際氣體（如地球風(fēng)）輸送氧化劑，而非依賴天體自身大氣。

總結(jié)

月球赤鐵礦的形成是地球風(fēng)氧氣輸入、月球本地水-鐵礦物供給、太陽(yáng)風(fēng)還原抑制共同作用的結(jié)果。地球不僅通過(guò)大氣粒子直接提供氧化反應(yīng)的“燃料”，其引力和磁層還調(diào)控了赤鐵礦的空間分布與保存條件，使月球成為記錄地球-太陽(yáng)系相互作用的“天然地質(zhì)檔案”。