月球正在“生锈”，都是地球惹的“祸”！

科学家发现，从地球吹向月球的氧粒子能将月球矿物转化为赤铁矿（也称为铁锈[1]）。中国澳门科技大学行星科学家Ziliang JIN表示，这一发现加深了研究人员对地球与月球之间深度关联的理解——并揭示了月球如何保存这些相互作用的地质记录。上个月，他和同事在《地球物理研究快报》（Geophysical Research Letters）上发表了这一研究成果。

大多数时候，地球和月球都沐浴在来自太阳的带电粒子流中。但每月约有5天，地球会运行到太阳和月球之间，阻挡大部分太阳粒子洪流。在此期间，月球主要暴露于那些原本是地球大气组成部分、后来被吹入太空的粒子——这种现象被称为“地球风”。

这种风含有多种元素的离子，包括氢、氧和氮。当这些带电粒子撞击月球时，它们会植入月球土壤[2]的表层并引发化学反应。

2020年，科学家报告称印度“月船1号”（Chandrayaan-1）任务在月球两极附近发现了赤铁矿[3]。赤铁矿是一种富铁矿物，通常在岩石与水和氧气反应时形成。但月球的化学环境并不利于氧气存在，这意味着形成赤铁矿的氧气可能来自其他地方。2020年那篇论文的作者推测，氧气可能来自地球风。

实验证明

JIN和同事决定在实验室中验证这一想法。他们通过将氢和氧离子加速到高能来模拟地球风，然后让这些离子高速撞击已知存在于月球上的富铁矿物单晶。

用高能氧离子轰击矿物后，部分晶体转化为了赤铁矿；而用氢离子轰击赤铁矿时，部分赤铁矿又还原成了铁。

JIN表示，结果表明：月球每月穿过地球风时，会发生许多化学和矿物学变化。或许最重要的是，这些结果表明地球风中的氧气能在月球上形成赤铁矿。

“这是一项出色的实验，”夏威夷大学马诺阿分校行星科学家李帅（Shuai Li）说，他是2020年那项发现的团队负责人。“实验设计非常巧妙”，有助于梳理出在月球上形成赤铁矿的各种影响因素。

李帅表示，他希望未来能有任务带回月球赤铁矿样本，以便研究人员分析其中的氧气，确认其是否源自地球风。

1. Zeng, X. 等. 《地球物理研究快报》（Geophys. Res. Lett.）52, e2025GL116170 (2025).
2. Terada, K. 等. 《自然·天文学》（Nature Astron.）1, 0026 (2017).
3. Li, S. 等. 《科学·进展》（Sci. Adv.）6, eaba1940 (2020).

月球赤铁矿形成与地球的关系：地球风驱动的氧化过程

一、地球风：月球赤铁矿的“氧化剂来源”

地球上层大气中的氧气通过磁层等离子体过程被输送至太空，形成“地球风”（Earth wind）。当月球进入地球磁层阴影区（每月约5天，地球遮挡太阳风）时，月球表面主要暴露于地球风，其中的高能氧离子成为月球赤铁矿形成的核心氧化剂。

• 文档证据
  月球近侧赤铁矿丰度显著高于远侧，印证了地球风的方向性——近侧更易接收地球大气输送的氧气，而远侧因背对地球接收极少。
• 实验验证
  2025年实验室模拟显示，高能氧离子轰击月球富铁矿物（如辉石、斜长石）可直接生成赤铁矿；反之，太阳风氢离子（H⁺）会将赤铁矿还原为金属铁，进一步支持氧气的氧化作用主导赤铁矿形成。

二、地球风与月球环境的协同作用

月球赤铁矿的形成需地球风与月球本地条件（地形、水、太阳风）共同调控，地球的影响贯穿“生成-保存”全链条：

1. 地球风提供氧化反应的“原料”

地球风中的氧离子植入月球表土后，与撞击或热驱动释放的Fe²⁺（来自月球矿物）发生氧化反应：
4Fe²⁺ + 3O₂ → 2Fe₂O₃（赤铁矿）
此过程需微量水（羟基或分子水）参与以促进Fe²⁺释放，而月球高纬度地区的水富集（源于彗星撞击或太阳风）为反应提供了必要条件。

2. 地球遮挡太阳风减少赤铁矿的“破坏”

地球风阶段（地球遮挡太阳风时），月球表面氢离子（H⁺）通量骤降，避免赤铁矿被还原（H⁺为强还原剂）。高纬度地区因太阳入射角低，常年氢通量仅为赤道的9-26%，进一步降低赤铁矿被破坏的概率，因此成为赤铁矿主要分布区。

3. 地球引力影响赤铁矿的“空间分布”

• 纬度差异
  地球风氧气主要到达月球中高纬度（60°以上），低纬度因持续暴露于太阳风氢离子，赤铁矿难以保存。
• 地形依赖性
  赤铁矿富集于东向/赤道向斜坡，因这些区域更易接收地球风氧气与撞击产生的水，形成“有效氧化环境”。

三、科学意义：地球与月球的“地质互联”

月球赤铁矿是地球-月球相互作用的直接产物，其分布和同位素组成可能记录了地球大气演化史：

• 不同年龄撞击坑中的赤铁矿可保存地球远古大气的氧气同位素信号，未来采样返回任务有望通过分析这些矿物，反推数十亿年来地球大气的氧含量变化。
• 该机制为无大气天体（如小行星）氧化矿物的形成提供了新范式——即通过行星际气体（如地球风）输送氧化剂，而非依赖天体自身大气。

总结

月球赤铁矿的形成是地球风氧气输入、月球本地水-铁矿物供给、太阳风还原抑制共同作用的结果。地球不仅通过大气粒子直接提供氧化反应的“燃料”，其引力和磁层还调控了赤铁矿的空间分布与保存条件，使月球成为记录地球-太阳系相互作用的“天然地质档案”。