嫦娥五號探測器于12月1日23時許成功著陸月面后,正按計劃進行表取采樣。這一次,嫦娥“五妹兒”還將帶上中國航天科技集團有限公司五院510所(以下簡稱“航天510所”)研制的月塵帶電測量儀奔向月球,將揭開月塵飛揚的秘密。
本次“嫦娥五號”共搭載了由該所研制的27臺/套產品,作為“探月家族成員”核心系統裝置,月塵帶電測量儀被安裝在嫦娥五號著陸器的頂部,對月球白天揚起的帶電月塵進行測量。這將是自美國阿波羅計劃以來,人類第一次對月球表面的帶電塵埃進行直接測量。
上世紀六七十年代,人類踏足月球發現,月球地平線上“漂浮”著一層“薄霧”,在陽光的照射下,發出白色的“輝光”。關于“地平線輝光”,科學家們普遍認為,是月球表面極細的粉塵顆粒(月塵)在某些作用下,揚起和漂浮到空中后散射太陽光形成的。
航天510所披露,月塵來源于月壤中粒徑小于20μm的顆粒,大部分屬于PM2.5。這些月塵月表環境中易發生遷移運動,主要的因素有有流星體濺射、人類活動、靜電懸浮等。
一些科學家認為自然環境下,月塵懸浮遷移的主要原因是月塵帶電和近月表靜電場的存在——在太陽光照射、太陽風和宇宙線等復雜的作用下,帶上了電荷,并在電場的作用下四散飛揚。然而,這些作用具體是怎樣發揮作用的,一直眾說紛紜,吸引著人類不懈的探索。
據介紹,月塵帶電測量儀由兩套相同的測量探頭組成,每套探頭又分別由一組阻滯柵網(阻滯勢分析儀)和一臺微質量天平(粘性石英晶體微量天平)組成。阻滯柵網像扇門,在一定時候,只有滿一定條件的“月塵”才可以通過。這個條件就和月塵的帶電量有關(荷質比)。
阻滯柵網由兩片帶孔的金屬片組成,上下片可以分別設置不同的電壓,這樣它們之間就可以產生均勻的電場。一旦帶電顆粒進入柵網內部,它就能受到電場力作用,如果電場力與重力方向相反,顆粒就可能被排斥出去,因而不能穿過柵網。
柵網的下方是一個由粘性薄膜和石英晶片組成的微質量天平,它相當于月塵顆粒的“體重秤”。它利用石英晶體的“逆壓電效應”進行測量。當晶體電極表面附著一定質量后,其振動頻率會發生改變,通過測量頻率的改變量就可以知道表面的質量了。
航天510所稱,這是目前最靈敏的“秤”,甚至可以測到納克級的質量。當通過柵網的月塵顆粒被粘性膜“粘住”后,這些顆粒的質量就被稱量出來了。于是,通過設置不同的“門檻”,不同帶電量的月塵就被測量出來了。(完)