月球表面太阳风离子注入与水的形成模拟实验

Three independent space instruments have identi?ed water and hydroxyl absorption bands at 3 μm within the lunar surface. It was proposed that implanted or trapped protons from the solar wind may attach to those broken bonds and form water. To explore this hypothesis, we will perform a series of laboratory experiments to determine whether proton irradiation of minerals can form signi?cant amounts of OH/H2O. Infrared spectra of irradiated minerals will be measured to detect trace water in minerals resulted from low-energy D+ ions. In situ FTRI analysis at varying temperatures will be used to study the temperature dependence of IR absorption coefficient of OH and H2O in minerals. This research will reveal solar wind contribution to surficial lunar water and estimate the possibility of water storage in minerals under lunar surface environment.

本研究紧密集合国际上有关月球水探测的最新发现，开展太阳风离子注入模拟实验，验证太阳风离子注入与月表物质中水的形成之间的相关性。利用离子注入实验设备将低能量氘离子注入到矿物和玻璃样品中，采用傅里叶变换红外光谱仪分析注入前后样品的红外光谱，对比研究照射后样品是否存在3 μm水或羟基的吸收特征，揭示太阳风对月表水形成的贡献；对部分注入后样品进行原位变温红外光谱分析，揭示水吸收系数对温度的依赖性。利用光电子能谱仪分析注入离子对照射物质的化学溅射剥蚀；利用SRIM计算注入离子在矿物样品中的射程和浓度剖面，结合光谱分析研究水的赋存特征。综合以上内容，分析太阳风注入水在月表环境中保存的可能性。

近年来Apollo月球样品实验室分析和月球红外光谱遥感探测的结果均发现月球有水。太阳风被认为是月表水的重要来源之一。本研究通过实验室通过低能量离子注入后中红外和拉曼光谱变化特征，研究月表水的形成和太空风化效应。研究发现太阳风离子注入可以在矿物中形成了微量的水，证实了太阳风是月球表面水的重要来源之一。同时发现离子注入过程中溅射效应则可能导致样品中水的丢失。而且通过研究注入He的热扩散过程，推测在月表的温度条件下(100- 400K)，太阳风离子注入形成的水可能有部分丢失。这与月球遥感探测发现的月表水在晨昏前后水含量最高、正午最低的时间变化规律相吻合。