研究结果表明，即使在月球南极附近的着陆也可能导致甲烷分子在不到两个月球日的时间内“跳跃”穿过月球表面到达北极。随着越来越多的政府、私营公司和非政府组织计划开展探月任务，研究人员表示，了解探索活动本身如何影响未来的科学发现正变得愈发重要。
这项研究发表在《地球物理学研究杂志：行星》上，这是一本专注于行星科学的AGU期刊。
“我们正试图保护科学以及我们在太空领域的投资，”欧洲航天局行星保护官、该研究资深作者西尔维奥·西尼巴尔迪表示。他说，月球为研究太阳系的早期历史提供了难得的机会，但矛盾的是，“我们的活动实际上可能会阻碍科学探索。”
古老的月球冰可能保存着生命的线索
月球两极附近存在着从未接收过阳光的陨石坑（称为永久阴影区）。这些冰冻环境中含有冰，这些冰可能捕获了数十亿年前由彗星和小行星带来的物质。
科学家认为，这些沉积物可能包含“前生命有机分子”，即那些最终可能结合形成包括DNA在内的最初生命基石的化学成分。如果研究人员能够检测处于原始状态的这些分子，他们可能会对地球上生命最初是如何诞生的获得新的见解。
“我们知道太阳系中存在有机分子——例如在小行星中，”西尼巴尔迪说。“但它们是如何开始在生物物质中执行特定功能的，这是我们填补认知空白所需了解的。”
地球不断变化的表面可能已经抹去了大部分此类远古证据。相比之下，月球部分地区在数十亿年来基本保持不变，使其成为太阳系早期历史的理想档案。永久阴影区尤其珍贵，因为其极低的温度有助于捕获和保存分子。然而，这些同样的冷阱也可能收集到访航天器释放的有机化合物，从而可能掩盖科学家希望研究的原始物质。
计算机模拟追踪航天器甲烷
为了调查这个问题，西尼巴尔迪和第一作者弗朗西斯卡·派瓦（里斯本高等理工学院的物理学家）利用欧洲航天局的“阿尔戈号”任务作为案例研究，开发了一个详细的计算机模型。
团队模拟了“阿尔戈号”推进剂燃烧过程中产生的主要有机化合物——甲烷，在月球南极附近着陆后会如何扩散。虽然早期的研究已经考察过水分子在月球上的运动，但这项研究是首次对甲烷这类有机分子的行为进行建模。模拟还结合了太阳风和紫外线辐射的影响。
“我们试图模拟数千个分子的运动，它们如何相互碰撞，以及它们如何与表面相互作用，”派瓦说，她在研究期间是鲁汶大学的硕士生和欧洲航天局的实习生。“这需要大量的算力。我们必须让每个模拟运行几天或几周。”
甲烷可在数天内扩散至整个月球
模拟显示，甲烷在不到两个月球日内就到达了北极。在七个月球日（地球上近7个月）内，释放的所有甲烷中有一半以上在永久寒冷的极地地区被“冷捕获”，其中42%积聚在南极，12%积聚在北极。
“时间跨度是最大的惊喜，”西尼巴尔迪说。“在一周内，分子就可以从南极分布到北极。”
这种快速扩散之所以可能，是因为月球几乎没有大气层。没有空气分子减缓它们的速度，甲烷分子在重力的影响下自由移动，在阳光提供能量时弹跳穿过表面，而在温度降低时速度减慢。
“它们的轨迹基本上是弹道式的，”派瓦说。“它们只是从一个点跳到另一个点。”
派瓦认为，这意味着可能不存在绝对安全的着陆地点。“我们展示了分子可以穿越整个月球。归根结底，无论你在哪里着陆，都会造成各处的污染。”
保护未来的月球科学
研究人员强调，污染未必是不可避免的。派瓦表示，较冷的着陆点可能比温暖的区域有助于将废气分子更局限在局部。西尼巴尔迪还计划调查废气分子是否仅停留在冰层表面，从而留下深层物质未被触及，仍可用于科学研究。
两位研究人员都强调，这些计算机模拟需要通过额外的建模和未来月球任务期间的直接测量来确认。
“我想把这一讨论带给任务团队，因为归根结底，这不是理论问题——我们要去那里是现实情况，”西尼巴尔迪说。“如果我们不在航天器上搭载仪器来验证这些模型，我们将错失良机。”
派瓦还希望研究除甲烷以外的物质，包括从航天器部件（如油漆和橡胶）释放的化合物，是否会污染具有重要科学价值的月球地点。
“我们有法律监管像南极洲和国家公园这样的地球环境的污染，”她说。“我认为月球是一个同样珍贵的环境。”
该研究发表在AGU期刊《地球物理学研究杂志：行星》上。