2005年3月30日,人们为科幻小说的某些预言如此准确而感到震惊。
1956年,距离美国航空航天局(NASA)创建还有两年。哈尔 · 克莱门特(Hal Clement)在《震惊科幻小说》上发表了一篇名为“灰尘碎片”的短篇小说。这是一篇关于两个宇航员降落到月球上的一个环形坑里对月平线附近的一种模糊星光的神秘烟雾进行调查的故事。起初他们还以为这是月球的大气运动——但是“气体不应该呈现出那种情形” ——于是他们放弃了这种近乎荒唐的想法,转而认为这是以某种方式悬浮在月面上空的灰尘。
在一次以“卓越科学预见”著称的谈话中,其中的一个字航员解释到:“…… (月球的)表面物质是可想象中的最大的导电体,所以灰尘通常都获得并保持了电荷。不过,这些如同带了电荷的尘埃究竟发生了什么?”
“它们彼此相斥。”
“很正确。如果2000米高的、方圆数百千米的区域内全部被电荷占据,对在电荷上的尘埃会有什么影响?”答案只是叙述性的描述了是静电促使尘埃漂浮起来。
那么,猜猜结果怎么样?作者克莱门特的预言比他自己想象的还要正确。月球灰尘确实由于静电作用在月球的表面上升空。而第一个证据也几乎如克莱门特所描述的那样。
早在1960年代,“阿波罗11号”登月前,早期的一些“探路者号”航天器曾经软着陆在月球上。它们发送回的一些图片清晰地记录了日落后遗留在月平线上发白的晚霞。
然而,最令人吃惊的是,观测月球的“阿波罗17号”的宇航员,在1972年曾屡次看到和速记下月球上日出和日落前10秒时被他们称作“波”、“极光”或“暮光”的射线。“阿波罗8号、10号、15号”的字航员们也曾报导过同样的射线。
在地球上有同样类似的情况:朦胧的光线。在日出或日落时会出现很多道的光线及山脊投影形成的阴影。当光线穿过充满尘埃的空气时,我们便可以看见它们了。也许月亮的“黄昏光线”也是类似地由山脊阴影外的光线穿过悬浮在月球表面的尘埃而形成的。70年代的许多行星科学家都这样认为的。
但是,在没有大气层的情况下,灰尘是如何在远离月亮表面的上空悬浮起来的呢?即使假设是由陨星撞击引起的,但是为什么灰尘颗粒没有随即落回地面?那么,至少根据由NASA戈达德空间飞行中心的地外空间物理学实验室的J · 斯塔布斯(J. Stubbs)理查德 · 冯德拉克(Richard Vondrak)和威廉 · 法雷尔(Wilhelm Farrell)新近所提出的“必威在线网站首页网址 泉源模型”来说不是这样。
“看起来月亮有一个使灰尘颗粒移动的稀薄的大气层,”斯塔布斯解释道:“我们利用,泉水,这个词,引出了一个饮水泉的想法:从管口出来的弧形水看起来是静态的,但是我们知道这些水分子处于运动中。”同样的道理,单个的月尘持续不断地从月球表面跃起和落下,使得“尘埃大气”看起来是静态的、但实际上是由不断运动的灰尘颗粒组成的。
用一只充满气的气球摩擦你的头发,然后把气球挪高几英寸。你的头发将朝向气球伸张开来。摩擦气球会把一些电子从你的头发上移走,而留下一些正电荷。你的带正电荷的头发就被带负电荷的气球吸引了起来。现在来看一看,当你把这只气球放在远处时什么事情发生了。
结果是:每根头发都互相展开且没有立即附在你的脑袋上。这是怎么回事?原来,当移走了这只气球时,每一根带正电荷的头发都排斥了其他带正电荷的头发,并且一些头发保持了悬浮状态——正如在月球上的尘埃一样。
月球的表面没有受到摩擦,而尘埃是通过太阳的作用以两种不同方式带上静电的:阳光本身和来自太阳的带电荷的粒子(太阳风)。
在月球的白昼面,日光的紫外线和X光辐射非常强烈,足以将月球土壤中的电子从原子和分子内激发出来。正电荷不断增大,直到月尘的最微小的颗粒(大约1微米甚至更小)离开表面腾空到若千米甚至几千米高的地方。当最小的颗粒到达了最高的高度时,斯塔布斯解释说,它们最终会掉落到月球表面,这样的过程在不断地重复着。
如果以上是在月球的白昼面发生的,那么,现在的问题是,在黑夜面又会是怎样一番情景呢?斯塔布斯认为,那里的灰尘带负电荷。这个电荷来自于吹在月球的黑夜面上的太阳风中的电子。的确,泉源模型暗示,黑夜面会比白昼面拥有更高的电压,并有可能促使尘埃颗粒达到更高的速度和高度。
白昼面:正极,黑夜面:负极。那么,在月球的明暗界线白昼与黑夜间、日出或日落的移动线)处又发生了什么情况呢?
在那里可能有“白昼和黑夜区域间形成的重要的水平电场,因此可能产生灰尘的水平传送。”斯塔布斯推断;灰尘将被卷入明暗界线。”因为巨大的流动体会卷入裸眼很难分辨的微小的灰尘,宇航员不会注意到灰尘是在高速流动的。不过,如果他她)在月球的黑暗面观测日出,宇航员“可能看到鬼影似的沿着月平线漂移的白光,就像灯光下的一个舞动的窗帘。”这样的情形也许类似于地球上苍白的曙光。
斯塔布斯和他的同事眼下正致力于解决许多迷人的问题。例如,在从来没有阳光照射的极地中有很深的陨石坑。这些陨石坑有大量过剩的负电荷吗?宇航员需要知道这些,因为NASA计划日后把人们再送回到月球,那些深深的黑暗的陨石坑也许会是他们找到盛有固态水的地方。而那些水对任何迁移至此的人来说都是至关重要的资源。届时,他们是否也将遇到大量的带电灰尘呢?