2020年12月03日
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揭秘 510所月尘带电测量仪将探究月尘飞扬成因

月尘带电测量仪

月尘“喷泉”

与地球充满勃勃生机不同,除了偶尔造访的人类和不期而遇的微流星撞击外,月球的表面看上去一片死寂——没有大气、没有雨雪风霜、更没有生命活动。

一直以来,人们认为月球的夜空除了不眨眼的星星,都是漆黑一片。直到上世纪六七十年代的阿波罗探月时期,人造飞行器环绕月球,人类踏足月球后才发现,月球的地平线上似乎“漂浮”着一层“薄雾”,在阳光的照射下,发出白色的“辉光”。半个多世纪以来,科学家们普遍认为, “地平线辉光”,是月球表面极细的粉尘颗粒(月尘)在某些作用下,扬起和漂浮到空中后散射太阳光形成的。

月尘来源于月壤中粒径小于20微米的颗粒,大部分属于PM2.5。这些月尘在月表环境中易发生迁移运动,主要的因素有流星体溅射、人类活动、静电悬浮等。

一些科学家认为,自然环境下,月尘悬浮迁移的主要原因是月尘在太阳光照射、太阳风和宇宙射线等复杂因素的作用下,带上了电荷,并在电场的作用下四散飞扬。

然而,这些具体是怎样发挥作用的,一直众说纷纭,吸引着人类不懈的探索。这一次,嫦娥五号身背510所研制的月尘带电测量仪奔向月球,将为我们揭开月尘飞扬的秘密。

“嫦娥五号搭载的510所月尘带电测量仪的使命,就是验证月尘是否带电并测量其特性。”510所空间环境载荷工程中心负责人王鹢介绍说,月尘带电测量仪被安装在嫦娥五号着陆器的顶部,这也是国际上首次对月球表面的尘埃带电进行直接测量,希望可以获得属于中国人的原创发现和原创成果。

据他介绍,月尘带电测量仪由两套相同的测量探头组成,每套探头又分别由一组阻滞栅网阻滞势分析仪和一台微质量天平(粘性石英晶体微量天平)组成。阻滞栅网像一扇门,在一定时候,只有满足一定条件的“月尘”才可以通过。这个条件就和月尘的带电量有关(荷质比)。阻滞栅网由两片带孔的金属片组成,上下片可以分别设置不同的电压,这样它们之间就可以产生不同强度的均匀电场。一旦带电月尘颗粒进入栅网内部,它就能受到电场力的作用,如果电场力与重力方向相反,颗粒就可能被排斥出去,因而不能穿过栅网。

栅网的下方是一个由粘性薄膜和石英晶片组成的微质量天平,它相当于月尘颗粒的“体重秤”。它利用石英晶体的“逆压电效应”进行测量。当晶体电极表面附着一定质量后,其振动频率会发生改变,通过测量频率的改变量就可以知道表面的质量了。这是目前最灵敏的“秤”,甚至可以测到纳克级的质量。当通过栅网的月尘颗粒被粘性膜“粘住”后,这些颗粒的质量就被称量出来了。于是,通过设置不同的“门槛”,不同带电量的月尘就被测量出来了。

兰州日报社全媒体记者 何燕  510所供图