《大科技》杂志：月球上的大喷泉

　　科幻小说里的月球音乐喷泉

　　让我们先回到1956年。那时候美国宇航局都还没有创建，更没有完成等登月飞行的壮举，人类对月球的了解基本上都是一些远距离观察后揣摩得到的假设。当时，著名的科幻作家哈尔·克莱门特发表了一篇名为《尘屑》的科幻小说，描述了两个宇航员降落到月球环形山，对一种使月平线附近的星光变暗的薄雾进行科学考察的过程。小说中的宇航员最后得出

结论，月球上的微光薄雾根本不可能是地球人一直猜测的月球大气层，而是一些漂浮在月球地表上的尘埃。在书中，有一段主人公关于这种科学预言的令人印象深刻的谈话。一位宇航员首先问到：“月球表面的物质是最肮脏的导电物质，月表的灰尘不停地扬起又落下，因为这种运动摩擦，所以它们通常都是带电的。当灰尘带上电荷，将会发生什么事情呢？”另一位宇航员回答：“灰尘颗粒们会相互排斥。”提问者继续问到：“如果一个周长绵延数百公里、边缘高达几公里的环形山都带上电荷，那落在这座山上的灰尘将会发生怎样的奇迹呢？”科幻小说作者凭借自己超凡的想像力描绘出的答案是：那些灰尘将会在静电作用下，像一座巨型的喷泉一样，在阳光下升腾不止。

　　哈尔·克莱门特自己都不知道，他描述出来的幻想情节，与后来的月球登陆车拍摄的照片以及登月宇航员亲眼见过的情景再吻合不过了。在宇航员乘坐阿波罗11号登月之前，人类就向月球派出过一些勘测飞船。勘测飞船软着陆在月球表面后，立即向地球传回了大量让当时的人们迷惑不解的照片。照片中显示，在离月球地面不远的空中，总有一些有如黎明到来时的微弱光芒在闪耀，非常清晰，并且这种状况会一直持续到黑夜来临。此外，由于月球上没有大气对阳光的散射作用，它的地平线应该如刀片一样的平直锐利才对，但是月球地平线并没有将天空与月表泾渭分明地分割开来，而是有一个逐渐模糊的过渡带。

　　最让人们感到惊讶的，是于1972年乘坐阿波罗17号飞船环月飞行的宇航员们所见到的奇观。在月球上的日出与日落的前后10秒钟之内，宇航员们反复看到了被他们叫作“丝带”、“白帘”或者“晨曦”的光幕，他们把这些奇怪的光影通过素描速写下来了。同样的光影，也被乘坐过阿波罗8号、10号和15号的宇航员们看见过。

　　“喷泉”，电荷在作怪

　　在地球上，我们也能看见与这种光芒相似的夕辉或者晨曦。日出和日落时分，当太阳的光芒被山峦阻挡，常常在天空中留下对比强烈的光柱和阴影，这是由于阳光照射到空气中的尘埃时，气溶胶态的尘埃对光发生散射，我们就看见了光柱。人们猜测，也许月球上的微光也是那样产生的吧。在上世纪70年代，当宇航员们展示这个月球上的怪事时，许多行星天文学家就是这样解释的，甚至将这种推论写成了科学论文。

　　但是，既然月球上没有大气，那些灰尘如何能够长久地漂浮在月球表面呢？即使有陨星冲击月表造成灰尘颗粒暂时飞溅上升，那些灰尘为什么不很快地回落到月球表面上呢？

　　为了解释这个现象，美国宇航局戈达德航空飞行器中心的物理学家们建立了月尘运动的“动态喷泉模型”。这个模型解释到：实际上，月球上空存在着一种由极为纤细的不停运动的带电微粒组成的“大气”。这里借用“喷泉”这个词语，不是因为那些微粒是水分子，而是希望用喷泉这种直观的比较对象来说明那些微粒“大气”是如何在运动的。月尘带电微粒从月球表面上连续不断地升起来，又连续不断地回落下来，前赴后继，最后的结果形成了尘埃的喷泉，看起来就像是月球近地表面一层静止的“尘埃大气”，只不过是这个“大气层”完全由连续运动的带电尘埃颗粒组成。

　　这种喷泉模型其实并不神秘，在我们身边，就经常发生这样的事例。将充气的气球放在头发上摩擦数下，然后离开头顶几厘米，你的头发马上就会朝向气球树立起来。这是因为在摩擦气球的时候，电子会从头发上跑到气球上去，从而使头发带上正电而气球带负电。正负电荷相吸引，就会导致本来下垂的头发随着气球直立起来了。当将带电的气球完全拿开后，你的每根头发会彼此分开，整个头部的头发像一把张开的伞一样都扩张开来，持续一段时间后才慢慢回到原来的自然状态。这是因为当带电的气球移开后，每根相邻的带有正电荷的头发会因为同性相斥而彼此远离，部分头发就会成悬着的状态了。这与带电的月尘悬浮空中的道理完全相同。

　　月球上布满带电的“喷泉”

　　不过现实中的月尘颗粒并没有科幻小说中所说的那样因相互摩擦而生电，月尘是从太阳那里得到静电的：一方面通过阳光照射捕获光能产生静电，另一方面通过来自太阳本身带电的粒子获得电子，如太阳风。

　　在月球的日照面，由于太阳紫外线和X射线等各种高能射线的轰击，月球表面尘埃物质的原子与分子中的电子发生跃迁，直至电离。月尘微粒所带的正电荷逐渐积累，电荷越来越强，直到使尘埃微粒相互排斥开来，甚至离开月球表面，上升到数米甚至数千米的空中悬浮起来。由于月尘非常微小，一般直径不到一微米，所以在整个月球日照地区所形成的壮观的带电灰尘带，并闪闪发光，让人误以为是“月球大气”。这种奇观即使在宇航员登陆月球后，也能被清楚地看见。

　　那么，在月球的背日面又会发生怎样的故事呢？那里实际上也会发生月尘喷泉，不过那些悬浮到空中的月尘所带的电荷不是正电荷，而是负电荷。这些负电荷来自于太阳风中所携带的电子，再加上那些在日照面被太阳风激发出来的负电荷，会一起随着太阳风流向月球的背日面。实际上，根据喷泉模型的试验证明，背日面所带的电量比日照面还要高得多，在那里的月尘微粒会飞扬得更快更高，也就是说，背日面的月尘喷泉实际上喷涌得更猛烈，更壮观，只不过没有阳光的照射而无法被人们看见或者拍照了。

　　好问的读者马上就会发现一个问题：在月球的白昼与黑暗的分界线上，又会发生怎样的事情呢？而我们知道，月球也如地球一样，日出与日落造成的昼夜分界线总在周期性地移动，这种运动又会产生什么后果呢？物理学家们根据喷泉模型推测：在分界线区域，将会形成一种非常强大的地平线电场，电场会导致月尘像流体一样在地平线上空横向流动，最终边界区域的灰尘被电场全部吸光。当然，月尘微粒太小了，以致宇航员无法用肉眼看见那些在地平线附近急速奔流的尘埃巨浪。不过，当你身处地平线附近的黑夜区欣赏月球上的日出时，你会在地平线上看到一幕极为怪诞的晨曦光芒，它们很薄，像是一匹巨大的白布帘在地平线的上空舞动不已。

　　戈达德航空飞行器中心的研究人员正在进一步探求与月尘喷泉相关的一系列迷人的问题。例如，对那些极深的月坑，因为终年照射不到阳光，经过数以亿年计的时间，会不会累积出极强的负电场呢？了解它们是极重要的，因为那些终年背阴的火山深坑里面，是月球水资源的最大储存地，那里是人类月球殖民基地的最佳选址。如果那里充满了密密麻麻带电的尘埃，人类将如何应对呢？