月球在夜空中不断“变脸” 新研究揭示缘由

阿波罗11号采集回来的月球尘埃样品在纳米尺度下有不同的形状，它们吸收和散射光线的效果大不相同。

月球在夜空中不断变换着它的容貌，除了月相不同，从地球看上去的颜色也不相同。人们知道这是月球在轨道上处于不同位置、以及地球大气层内的烟雾遮挡造成的。一份新研究发现，原来月球上面尘埃的形状和大小，也影响着月球的颜色。

美国国家标准技术研究所（NIST）发明了一种新技术能够测量月球上以前无法测量的、微小的月球粉尘，了解到只有纳米尺度下那些微粒的形状和大小。这份研究准确地测量出1969年阿波罗11号采集回来的月球尘埃样品内25个小颗粒的形状。

科学家已经研究尘埃很多年了，但是这份研究第一次对小到直径只有400纳米的小颗粒进行测量。结果发现，不同形状的颗粒吸收和散射光线的效果大不相同。

研究称测量月球纳米尘埃的方法很复杂，先要把它们和其它媒介物质混合一起，像做鸡蛋饼一样先把食材均匀混合，然后把它穿在一根棍子上像烤鸡一样烘烤。这个过程连吸管、裁缝用的大头针都用上了。

NIST研究员加博奇（Ed Garboczi）说：“这个过程很复杂，因为它们随机分布、大小、形状各异，所以你无法单独测量一个小粒子，要一起测量很多粒子，得到统计数据。”

他们把尘埃样品和环氧树脂（Epoxy）材料混合在一起，然后滴在细小的吸管外面，为了取到一个薄层。再把薄层取下，穿到裁缝用的大头针上，嵌入X射线纳米计算机断层扫描（XCT）仪器内成像。这个过程需要数个小时。

研究人员先得到分层的扫描数据，利用软件把各层数据叠加成三维图像，再把图像转换成带有空间体素（voxel）坐标的形式，能分辨出每个体素位于粒子内部还是外部。在二维图像中，电脑是用一个个像素（pixel）点拼凑出图像。在立体的图像中，一个个空间小点就称为体素，就像是体积-像素联合起来的新词。

通过对一个个体素的分析，逐渐拼凑出每个粒子的图像，经过电脑计算，终于得到到每个粒子的形状。这些体素又被单独存在另外的文件里送给电脑软件，分析这些颗粒对从可见光到红外线波段光线的散射情况。

结果显示，不同形状的月球纳米粒子吸收不同颜色的光线，比如球形和椭圆体粒子，即使大小一样，所吸收的光线差异很大。

研究人员表示，这项发现不仅能够更好地解释月球的颜色和亮度，还有助于改善追踪天气变化的卫星系统。这些系统所使用的卫星相机使用月球作为校准源。后续研究将对更多的小颗粒进行测量，将找到月球纳米尘埃的形状与光线散射之间更明确的联系。

这份研究4月27日发表于电气电子工程师学会（IEEE）的《地球科学和遥感快报》（Geoscience and Remote Sensing Letters）。◇