中国嫦娥六号样本揭示了月球两个半球之间惊人的差异。由于地球磁层减缓了到达月球正面的粒子速度，太阳风粒子在月球背面土壤中的穿透深度更深。封存在月壤中的稀有气体保存了这种不均匀轰击的证据。这些气体甚至可能帮助科学家重建地球磁盾的古老历史。
对中国嫦娥六号任务收集的物质进行分析后表明，地球磁层是造成这种差异的主要原因。这些发现发表在《自然·地球科学》上。
月球尘埃保存了太阳风记录
太阳风是太阳释放的快速移动带电粒子的持续流动。由于月球缺乏浓厚的大气层和全球性磁场，这些粒子直接撞击其表面。
随着时间的推移，月壤储存了这种暴露的证据。它充当了太阳风输送的挥发性物质的天然档案，包括稀有气体（He、Ne、Ar、Kr、Xe）。由于这些元素很少与其他物质发生化学反应，科学家可以将它们作为可靠的标记，来追踪太阳风粒子如何进入并在月球土壤中积聚。
直到最近，研究人员还只能研究来自月球正面的样本。由于缺乏背面的物质，他们无法直接测试两个半球之间的太阳风注入是否存在系统性差异。
当中国嫦娥六号任务从月球背面的南极-艾特肯盆地带回1.935克月壤时，情况发生了改变。这些样本提供了第一个直接的机会，可以比较太阳风粒子是如何注入月球两侧土壤的。
嫦娥六号样本揭示了同位素差异
由中国科学院地质与地球物理研究所（IGG）领导的一个团队检查了嫦娥六号物质中氦、氖、氩、氪和氙的浓度及同位素组成。
该研究由IGG的博士后研究员张旭航在何宏宇教授的指导下进行。该项目还包括来自中国科学技术大学的研究人员以及嫦娥七号挥发性载荷团队的成员。
最明显的差异之一出现在氖同位素中。嫦娥六号月壤的平均20Ne/22Ne比值为11.34 ± 0.22。该数值明显低于此前所有研究过的正面样本的测量值，但与预期的强太阳风分馏后的理论组成非常吻合。
这一模式表明，背面经历了更强烈的同位素分馏，导致较重的氖同位素变得相对更丰富。
太阳风在背面穿透更深
氪和氙提供了额外的证据，表明两个半球暴露于不同能量的粒子。
在分步加热实验中，太阳风输送的氙主要在高温下从嫦娥六号物质中释放，形成了一个单一的高温峰。来自正面的嫦娥五号样本显示出不同的模式，在低温和高温下都有大量氙释放。
这种差异表明，太阳风粒子在背面月壤中的穿透深度要大得多。更深的注入通常需要具有更大能量的粒子，这表明月球背面暴露于速度更快、能量更高的太阳风。
地球如何减缓太阳风
研究人员通过地球磁层的“控速”效应解释了这种差异。
当月球绕地球运行时，它有时会穿过磁鞘，这是环绕磁层的一个缓冲区域。在这个区域内，太阳风的速度从通常的约400公里/秒减慢到约200公里/秒。
降低的速度主要影响面向地球的月球正面。低能粒子穿透表面的深度较浅，因此它们的注入位置更靠近月壤顶部。
始终背对地球的背面不受同样影响。它一直暴露于未受扰动的太阳风，使得速度更快的粒子能够穿透到月球土壤更深处。
研究人员估计，在嫦娥五号着陆点记录的总太阳风暴露量中，约有25%涉及这种较慢的流动。相比之下，位于背面的嫦娥六号着陆点没有显示出受到同样保护效应的证据。
月球土壤可能记录地球的磁历史
这些背面样本提供了首个直接的物理证据，证明地球磁层控制着到达月球不同部位的太阳风粒子的速度。这种影响被永久记录在粒子进入月壤的深度以及被捕获在那里的稀有气体的同位素特征中。
研究人员还提出，月球土壤中的重稀有气体可以作为太阳风与地球磁层早期相互作用的“化石记录”。当与古地磁证据一起研究时，这些气体可能提供一种追踪地球磁层长期变化的新方法。
结果表明，太阳、地球和月球之间的关系比科学家以前理解的更为复杂。它们还表明，月球保存了这些古老相互作用的隐秘证据，为研究人员提供了一种调查地球磁环境长期历史的新途径。