一项新研究表明，航天器废气可能会迅速污染月球最具科学价值的区域，从而可能掩盖有关地球生命起源的远古线索。研究人员表示，未来的月球任务应考虑采用新方法来减少并监测此类污染，以防其蔓延。
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。研究人员表示，随着越来越多的政府、私营公司和非政府组织计划登月任务，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美国地球物理联合会（AGU）期刊。
“我们正试图保护科学成果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。”
古老的月球冰层可能保存着生命的线索
月球两极附近存在着从未接受过阳光照射的陨石坑（称为永久阴影区）。这些冰冻环境包含的冰层可能捕获了数十亿年前由彗星和小行星输送的物质。
科学家认为，这些沉积物可能包含“前生命有机分子”，即最终可能结合形成包括DNA在内的首批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，“但它们是如何开始像在生物物质中那样执行特定功能的，这是我们有待填补的认知空白。”
地球不断变化的表面可能已经抹去了大部分此类古老证据。相比之下，月球的部分区域在数十亿年中基本保持不变，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，因为其极度寒冷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、里斯本高等理工学院的物理学家弗朗西斯卡·派瓦利用欧洲航天局的“阿尔戈英雄”号任务作为案例研究，开发了一个详细的计算机模型。
团队模拟了甲烷——阿尔戈英雄号推进剂燃烧过程中产生的主要有机化合物——在月球南极附近着陆后如何扩散。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。“这需要大量的计算能力。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，释放出的所有甲烷中有一半以上被“冷捕获”在永久寒冷的极地地区，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，在阳光提供能量时在表面弹跳，而在温度较低时速度降低。
“它们的轨迹基本上是弹道的，”派瓦说，“它们只是从一个点跳到另一个点。”
派瓦表示，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。最终，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更有助于将废气分子保持在局部范围内。西尼巴尔迪还计划调查废气分子是否仅停留在冰层表面，从而留下更深层的物质不受影响，仍可用于科学研究。
两位研究人员都强调，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这些计算机模拟结果。
“我想把这次讨论带给任务团队，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，包括从油漆和橡胶等航天器部件释放的化合物，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。”
该研究发表在美国地球物理联合会（AGU）期刊《地球物理学研究杂志：行星》上。