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揭开月球土壤怪异特性之谜:内含纳米颗粒

2013-10-16  发布者:admin 
纳米X线体层照相术
澳大利亚土壤学家马莱克-扎比克,利用同步加速器纳米X线体层照相术对土壤样本进行研究
 
月球土壤的显微镜照片

月球土壤的显微镜照片,纳米颗粒内的气泡清晰可见。这些气泡让月球土壤拥有怪异的特性

 

月球土壤中纳米颗粒的3D图像

佩戴3D眼镜时看到的月球土壤中纳米颗粒的3D图像

 

岩石内的玻璃状颗粒

未佩戴3D眼镜时看到的图像,展示了岩石内的玻璃状颗粒

  北京时间6月25日消息,借助于同步加速器纳米X线体层照相术,澳大利亚土壤学家马莱克-扎比克对月球土壤样本进行了研究,最后揭示出月球土壤一些怪异特征背后的机械学原理。纳米X线体层照相术使用透射X光显微镜,用于研究纳米材料,能够拍摄纳米颗粒的3D图像。

  1969年,“阿波罗11”号宇航员登上月球。在月球尘土层中,他们发现了奇怪的现象。在漫长的岁月变迁中,月球尘土完全处于不受打扰的静止状态,除了偶尔遭到陨石撞击。在遭到扰乱时,月球尘土表现出怪异的行为。月球尘土能够悬浮在地表上方,悬浮时间无法用月球弱引力解释。它们还具有很强的粘性,能够依附在航天服和设备上,就像依附在地表一样。此外,月球尘土也具有抗热特性。在直射阳光照射下,月球地表温度接近水的沸点,但在地下几英尺处,温度则低于水的凝固点。

  一直以来,科学家就未能完全揭开这些与众不同的特性背后的秘密。为了揭开这个谜团,澳大利亚昆士兰科技大学科学与工程学院的土壤学家马莱克-扎比克博士前往台湾,利用纳米显微镜研究月球土壤。在太空竞赛所处的时代,科学家还没有发明这项技术。扎比克表示科学家很久以前就对月球土壤(浮土)的怪异特性进行了研究,但在土壤中发现的纳米和亚微颗粒并没有引起他们的重视,对这些颗粒的来源也没有进行研究。这些颗粒存在于玻璃泡中,玻璃泡是陨石撞击的产物。

  扎比克将土壤样本带到台湾,利用一项新技术在不破坏玻璃泡情况下对其进行研究,了解里面的颗粒。这项新技术名为“同步加速器纳米X线体层照相术”,用于研究纳米材料。纳米X线体层照相术使用透射X光显微镜,能够拍摄纳米颗粒的3D图像。

  扎比克说:“研究得出的发现让我们感到吃惊。我们原以为会在玻璃泡内发现气体或者蒸汽,就像地球上的玻璃泡那样,月球玻璃泡内存在一个具有高度渗透性的网络,网络由怪异的玻璃状颗粒构成。玻璃泡内的纳米颗粒似乎由陨石撞击月表时形成的熔岩构成。在遭到陨石撞击之后,玻璃泡被毁坏,释放出里面的纳米颗粒。月球表面的岩石也在撞击中遭到破坏并与纳米颗粒混合在一起,形成独特的月球土壤。”

  扎比克指出纳米颗粒的行为遵循与普通物理学原理完全不同的量子物理学原理。因此,含有纳米颗粒的材料会表现出怪异的特征。他说:“纳米颗粒体积微小,它们的怪异特征由体积决定,而不是它们的构成。我们对量子物理学了解不多,但根据我们的研究,从玻璃泡中钻出之后,纳米颗粒与其他土壤要素混合在一起,赋予月球土壤与众不同的特性。月球土壤带静电,因此能够悬浮在地表上方。虽然充满化学活性,月球土壤的导热性能很差,地表上的土壤温度可达到160度,地下2米的温度却只有零下40度。此外,月球土壤具有很强的粘性并且易碎,能够磨损金属和玻璃表面。”

  扎比克表示月球并不像地球一样拥有大气层,因此无法降低陨石撞击产生的影响。他说:“撞击月表的陨石能够产生非常剧烈的反应,所产生的高温熔化月表岩石。猛烈的撞击导致压力消失,形成真空。气泡在熔化的玻璃岩内形成并发生逃逸,就像软饮料中的气泡一样。我们的研究揭示了这些颗粒如何在这一过程中演化,可能帮助我们找到一种完全不同的纳米材料生产方式。”扎比克及其研究小组的研究发现刊登在“国际学术研究网络”出版社的《天文与天体物理学报》上。(孝文)