廣寒宮中現(xiàn)“噴泉”

科幻小說(shuō)里的月球“噴泉”

讓我們先回到1956年。那時(shí)候NASA都還沒(méi)有創(chuàng)建，更沒(méi)有完成登月飛行的壯舉，人類對(duì)月球的了解基本上都是一些遠(yuǎn)距離觀察后揣摩得到的假設(shè)。當(dāng)時(shí)，著名的科幻作家哈爾·克萊門特發(fā)表了一篇名為《塵屑》的科幻小說(shuō)，描述了兩個(gè)宇航員降落到月球環(huán)形山，對(duì)一種使月平線附近的星光變暗的薄霧進(jìn)行科學(xué)考察的過(guò)程。小說(shuō)中的宇航員最后得出結(jié)論，月球上的微光薄霧根本不可能是地球人一直猜測(cè)的月球大氣層，而是一些飄浮在月球地表上的塵埃。在書(shū)中，有一段主人公關(guān)于這種科學(xué)預(yù)言的令人印象深刻的談話。一位宇航員首先問(wèn)到：“月球表面的物質(zhì)是最骯臟的導(dǎo)電物質(zhì)，月表的灰塵不停地?fù)P起又落下，因?yàn)檫@種運(yùn)動(dòng)摩擦，所以它們通常都是帶電的。當(dāng)灰塵帶上電荷，將會(huì)發(fā)生什么事情呢?”另一位宇航員回答：“灰塵顆粒們會(huì)相互排斥。”提問(wèn)者繼續(xù)問(wèn)到：“如果一個(gè)周長(zhǎng)綿延數(shù)百千米、邊緣高達(dá)幾千米的環(huán)形山都帶上電荷，那落在這座山上的灰塵將會(huì)發(fā)生怎樣的奇跡呢?”科幻小說(shuō)作者憑借自己超凡的想象力描繪出的答案是：那些灰塵將會(huì)在靜電作用下，像一座巨型的噴泉一樣，在陽(yáng)光下升騰不止。

哈爾·克萊門特自己都不知道，他描述出來(lái)的幻想情節(jié)，與后來(lái)的月球登陸車拍攝的照片以及登月宇航員親眼見(jiàn)過(guò)的情景再吻合不過(guò)了。在宇航員乘坐“阿波羅11”號(hào)登月之前，人類就向月球派出過(guò)一些勘測(cè)飛船。勘測(cè)飛船軟著陸在月球表面后，立即向地球傳回了大量讓當(dāng)時(shí)的人們迷惑不解的照片。照片中顯示，在離月球地面不遠(yuǎn)的空中，總有一些有如黎明到來(lái)時(shí)的微弱光芒在閃耀，非常清晰，并且這種狀況會(huì)一直持續(xù)到黑夜來(lái)臨。

此外，由于月球上沒(méi)有大氣對(duì)陽(yáng)光的散射作用，它的地平線應(yīng)該如刀片一樣平直銳利才對(duì)，但是月球地平線并沒(méi)有將天空與月表涇渭分明地分割開(kāi)來(lái)，而是有一個(gè)逐漸模糊的過(guò)渡帶。

最讓人們感到驚訝的，是于1972年乘坐“阿波羅17”號(hào)飛船環(huán)月飛行的宇航員們所見(jiàn)到的奇觀。在月球上的日出與日落的前后10秒之內(nèi)，宇航員們反復(fù)看到了被他們叫做“絲帶”、“白簾”或者“晨曦”的光幕，他們把這些奇怪的光影通過(guò)素描速寫(xiě)下來(lái)了。同樣的光影，也被乘坐過(guò)“阿波羅8”號(hào)以后的宇航員們看見(jiàn)過(guò)。

“噴泉”，電荷在作怪

在地球上，我們也能看見(jiàn)與這種光芒相似的夕暉或者晨曦。日出和日落時(shí)分，當(dāng)太陽(yáng)的光芒被山巒阻擋，常常在天空中留下對(duì)比強(qiáng)烈的光柱和陰影。這是由于陽(yáng)光照射到空氣中的塵埃時(shí)，氣溶膠態(tài)的塵埃對(duì)光發(fā)生散射，我們就看見(jiàn)了光柱。人們猜測(cè)，也許月球上的微光也是那樣產(chǎn)生的吧。在20世紀(jì)70年代，當(dāng)宇航員們展示這個(gè)月球上的怪事時(shí)，許多行星天文學(xué)家就是這樣解釋的，甚至將這種推論寫(xiě)成了科學(xué)論文。

但是，既然月球上沒(méi)有大氣，那些灰塵如何能夠長(zhǎng)久地飄浮在月球表面呢?即使有隕星沖擊月表造成灰塵顆粒暫時(shí)飛濺上升，那些灰塵為什么不很快地回落到月球表面上呢?

為了解釋這個(gè)現(xiàn)象，NASA戈達(dá)德航空飛行器中心的物理學(xué)家們建立了月塵運(yùn)動(dòng)的“動(dòng)態(tài)噴泉模型”。這個(gè)模型解釋到：實(shí)際上，月球上空存在著一種由極為纖細(xì)的不停運(yùn)動(dòng)的帶電微粒組成的“大氣”。這里借用“噴泉”這個(gè)詞語(yǔ)，不是因?yàn)槟切┪⒘Ｊ撬肿樱窍Ｍ谩皣娙边@種直觀的比較對(duì)象，來(lái)說(shuō)明那些微粒“大氣”是如何在運(yùn)動(dòng)的。

月塵帶電微粒從月球表面上連續(xù)不斷地升起來(lái)，又連續(xù)不斷地回落下來(lái)，前赴后繼，最后的結(jié)果形成了塵埃的“噴泉”，看起來(lái)就像是月球近地表面一層靜止的“塵埃大氣”，只不過(guò)這個(gè)“大氣層”完全由連續(xù)運(yùn)動(dòng)的帶電塵埃顆粒組成。

這種“噴泉”模型其實(shí)并不神秘，在我們身邊，就經(jīng)常發(fā)生這樣的事例。將充氣的氣球放在頭發(fā)上摩擦數(shù)下，然后離開(kāi)頭頂幾厘米，你的頭發(fā)馬上就會(huì)朝向氣球豎立起來(lái)。這是因?yàn)樵谀Σ翚馇虻臅r(shí)候，電子會(huì)從頭發(fā)上跑到氣球上去，從而使頭發(fā)帶上正電而氣球帶負(fù)電。正負(fù)電荷相吸引，就會(huì)導(dǎo)致本來(lái)下垂的頭發(fā)隨著氣球直立起來(lái)了。當(dāng)將帶電的氣球完全拿開(kāi)后，你的每根頭發(fā)會(huì)彼此分開(kāi)，整個(gè)頭部的頭發(fā)像一把張開(kāi)的傘一樣都擴(kuò)張開(kāi)來(lái)，持續(xù)一段時(shí)間后才慢慢回到原來(lái)的自然狀態(tài)。這是因?yàn)楫?dāng)帶電的氣球移開(kāi)后，每根相鄰的帶有正電荷的頭發(fā)會(huì)因?yàn)橥韵喑舛舜诉h(yuǎn)離，部分頭發(fā)就會(huì)呈懸著的狀態(tài)了。

這與帶電的月塵懸浮空中的道理完全相同。

月球上布滿帶電的“噴泉”

不過(guò)現(xiàn)實(shí)中的月塵顆粒并沒(méi)有小說(shuō)中所說(shuō)的那樣，因相互摩擦而生電。

月塵是從太陽(yáng)那里得到靜電的：一方面通過(guò)陽(yáng)光照射捕獲光能產(chǎn)生靜電，另一方面通過(guò)來(lái)自太陽(yáng)本身帶電的粒子獲得電子，如太陽(yáng)風(fēng)。

在月球的日照面，由于太陽(yáng)紫外線和x射線等各種高能射線的轟擊，月球表面塵埃物質(zhì)的原子與分子中的電子發(fā)生躍遷，直至電離。月塵微粒所帶的正電荷逐漸積累，電荷越來(lái)越強(qiáng)，直到使塵埃微粒相互排斥開(kāi)來(lái)，甚至離開(kāi)月球表面，上升到數(shù)米甚至數(shù)千米的空中懸浮起來(lái)。由于月塵非常微小，一般直徑不到1微米，所以在整個(gè)月球日照地區(qū)所形成的壯觀的帶電灰塵帶，閃閃發(fā)光，讓人誤以為是“月球大氣”。這種奇觀即使在宇航員登陸月球后，也能被清楚地看見(jiàn)。

那么，在月球的背日面又會(huì)發(fā)生怎樣的故事呢?那里實(shí)際上也會(huì)發(fā)生月塵“噴泉”，不過(guò)那些懸浮到空中的月塵所帶的電荷不是正電荷。而是負(fù)電荷。這些負(fù)電荷來(lái)自于太陽(yáng)風(fēng)中所攜帶的電子，再加上那些在日照面被太陽(yáng)風(fēng)激發(fā)出來(lái)的負(fù)電荷，會(huì)一起隨著太陽(yáng)風(fēng)流向月球的背日面。實(shí)際上，根據(jù)“噴泉”模型的試驗(yàn)證明，背日面所帶的電量比日照面還要高得多，在那里的月塵微粒會(huì)飛揚(yáng)得更快、更高。也就是說(shuō)，背日面的月塵“噴泉”實(shí)際上噴涌得更猛烈，更壯觀，只不過(guò)沒(méi)有陽(yáng)光的照射而無(wú)法被人們看見(jiàn)或者拍照。

好問(wèn)的讀者馬上就會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題：在月球的白晝與黑暗的分界線上，又會(huì)發(fā)生怎樣的事情呢?我們知道，月球也如地球一樣，日出與日落造成的晝夜分界線總在周期性地移動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生什么后果呢?物理學(xué)家們根據(jù)“噴泉”模型推測(cè)：在分界線區(qū)域，將會(huì)形成一種非常強(qiáng)大的地平線電場(chǎng)，電場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致月塵像流體一樣在地平線上空橫向流動(dòng)，最終，邊界區(qū)域的灰塵被電場(chǎng)全部吸光。當(dāng)然，月塵微粒太小了，以致宇航員無(wú)法用肉眼看見(jiàn)那些在地平線附近急速奔流的塵埃巨浪。不過(guò)，當(dāng)你身處地平線附近的黑夜區(qū)欣賞月球上的日出時(shí)，你會(huì)在地平線上看到一幕極為怪誕的晨曦光芒，它們很薄，像是一匹巨大的白布簾在地平線的上空舞動(dòng)不已。

戈達(dá)德航空飛行器中心的研究人員正在進(jìn)一步探求與月塵“噴泉”相關(guān)的一系列迷人的問(wèn)題。例如，對(duì)那些極深的月坑，因?yàn)榻K年照射不到陽(yáng)光，經(jīng)過(guò)數(shù)以億年計(jì)的時(shí)間，會(huì)不會(huì)累積出極強(qiáng)的負(fù)電場(chǎng)呢?了解它們是極重要的，因?yàn)槟切┙K年背陰的火山深坑里面，是月球水資源的最大儲(chǔ)存地，那里是人類月球殖民基地的最佳選址。如果那里充滿了密密麻麻帶電的塵埃，人類將如何應(yīng)對(duì)呢?