Chandrayaan-3探測月球上“意外”的硫含量

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

在不到14個地球日的時間里，Chandrayaan-3為科學家提供了寶貴的新數(shù)據(jù)，并進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果與世界。

雖然數(shù)據(jù)來自月船3號的漫游車，名為Pragyan，或梵語中的“智慧”，表明月球土壤含有鐵、鈦、鋁和鈣等預期元素，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。這些新的測量意味著硫濃度可能高于預期。

Pragyan有兩種分析土壤元素組成的儀器 - 一個α粒子X射線光譜儀和激光誘導擊穿光譜儀或庫簡稱。這兩種儀器都測量了著陸點附近土壤中的硫。

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

月球地質

有兩種主要巖石類型上月球表面– 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。

科學家在地球上的實驗室中測量月球巖石和土壤成分，發(fā)現(xiàn)來自黑暗火山平原的物質往往含有更多的硫比更明亮的高地材料。

硫主要來源于：火山活動。月球深處的巖石含有硫磺，當這些巖石融化時，硫磺成為巖漿的一部分。當融化的巖石接近地表時，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。

一些硫確實留在巖漿中，并在冷卻后保留在巖石中。這個過程解釋了為什么硫主要與月球的黑暗火山巖有關。

Chandrayaan-3對土壤中硫的測量是第一個在月球上發(fā)生的。在數(shù)據(jù)校準完成之前，無法確定硫的確切量。

這未校準的數(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。

這些初步結果給出了像我這樣的行星科學家他們研究月球對它如何作為一個地質系統(tǒng)工作的新見解。但我們?nèi)匀恍枰却?，看看Chandrayaan-3團隊的完全校準數(shù)據(jù)是否證實了硫濃度升高。

大氣硫的形成

科學家對硫的測量感興趣，至少有兩個原因。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自兩個地區(qū)之間的不同環(huán)境條件 - 兩極獲得較少的陽光直射。

其次，這些結果表明，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)接受較少的陽光直射，因此，經(jīng)驗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以固體形式聚集在表面 - 就像窗戶上的霜一樣。

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

月球硫磺作為一種資源

對于長期的太空任務，許多機構已經(jīng)考慮建造某種月球基地.宇航員和機器人可以從南極基地出發(fā)，收集、加工、儲存和使用月球上的硫磺等天然材料——這個概念被稱為原位資源利用.

原位資源利用意味著更少的返回地球獲取補給的旅行，以及更多的時間和精力用于探索。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，實際上有幾個好處在地球上建造項目.

首先，硫基混凝土在數(shù)小時而不是數(shù)周內(nèi)硬化并變得堅固，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。

而七個任務目前正在月球上或月球周圍運行，月球南極地區(qū)以前從未從表面進行過研究，因此Pragyan的新測量將幫助行星科學家了解月球的地質歷史。它還將允許像我這樣的月球科學家提出關于月球如何形成和演化的新問題。

目前，印度空間研究組織的科學家正忙于處理和校準數(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，科學家們可以期待更有價值的測量結果。

杰弗里·吉利斯-戴維斯，物理學研究教授，圣路易斯華盛頓大學藝術與科學

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