mozmoz 2012-8-14 00:46
科學家揭開月球土壤怪異之謎：內含納米顆粒
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澳大利亞土壤學家馬萊克-紮比克，利用同步加速器納米X線體層照相術對土壤樣本進行研究
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月球土壤的顯微鏡照片，納米顆粒內的氣泡清晰可見。這些氣泡讓月球土壤擁有怪異的特性
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佩戴3D眼鏡時看到的月球土壤中納米顆粒的3D圖像
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未佩戴3D眼鏡時看到的圖像，展示了岩石內的玻璃狀顆粒
借助于同步加速器納米X線體層照相術，澳大利亞土壤學家馬萊克-紮比克對月球土壤樣本進行了研究，最后揭示出月球土壤一些怪異特征背后的機械學原理。納米X線體層照相術使用透射X光顯微鏡，用于研究納米材料，能夠拍攝納米顆粒的3D圖像。
1969年，“阿波羅11”號宇航員登上月球。在月球塵土層中，他們發現了奇怪的現象。在漫長的歲月變遷中，月球塵土完全處于不受打擾的靜止狀態，除了偶爾遭到隕石撞擊。在遭到擾亂時，月球塵土表現出怪異的行為。月球塵土能夠懸浮在地表上方，懸浮時間無法用月球弱引力解釋。它們還具有很強的粘性，能夠依附在航天服和設備上，就像依附在地表一樣。此外，月球塵土也具有抗熱特性。在直射陽光照射下，月球地表溫度接近水的沸點，但在地下幾英尺處，溫度則低于水的凝固點。
一直以來，科學家就未能完全揭開這些與眾不同的特性背后的秘密。為了揭開這個謎團，澳大利亞昆士蘭科技大學科學與工程學院的土壤學家馬萊克-紮比克博士前往台灣，利用納米顯微鏡研究月球土壤。在太空競賽所處的時代，科學家還沒有發明這項技術。紮比克表示科學家很久以前就對月球土壤(浮土)的怪異特性進行了研究，但在土壤中發現的納米和亞微顆粒並沒有引起他們的重視，對這些顆粒的來源也沒有進行研究。這些顆粒存在于玻璃泡中，玻璃泡是隕石撞擊的產物。
紮比克將土壤樣本帶到台灣，利用一項新技術在不破壞玻璃泡情況下對其進行研究，了解里面的顆粒。這項新技術名為“同步加速器納米X線體層照相術”，用于研究納米材料。納米X線體層照相術使用透射X光顯微鏡，能夠拍攝納米顆粒的3D圖像。
紮比克說：“研究得出的發現讓我們感到吃驚。我們原以為會在玻璃泡內發現氣體或者蒸汽，就像地球上的玻璃泡那樣，月球玻璃泡內存在一個具有高度滲透性的網絡，網絡由怪異的玻璃狀顆粒構成。玻璃泡內的納米顆粒似乎由隕石撞擊月表時形成的熔岩構成。在遭到隕石撞擊之后，玻璃泡被毀壞，釋放出里面的納米顆粒。月球表面的岩石也在撞擊中遭到破壞並與納米顆粒混合在一起，形成獨特的月球土壤。”
紮比克指出納米顆粒的行為遵循與普通物理學原理完全不同的量子物理學原理。因此，含有納米顆粒的材料會表現出怪異的特征。他說：“納米顆粒體積微小，它們的怪異特征由體積決定，而不是它們的構成。我們對量子物理學了解不多，但根據我們的研究，從玻璃泡中鑽出之后，納米顆粒與其他土壤要素混合在一起，賦予月球土壤與眾不同的特性。月球土壤帶靜電，因此能夠懸浮在地表上方。雖然充滿化學活性，月球土壤的導熱性能很差，地表上的土壤溫度可達到160 度，地下2米的溫度卻只有零下40度。此外，月球土壤具有很強的粘性並且易碎，能夠磨損金屬和玻璃表面。”
紮比克表示月球並不像地球一樣擁有大氣層，因此無法降低隕石撞擊產生的影響。他說：“撞擊月表的隕石能夠產生非常劇烈的反應，所產生的高溫熔化月表岩石。猛烈的撞擊導致壓力消失，形成真空。氣泡在熔化的玻璃岩內形成並發生逃逸，就像軟飲料中的氣泡一樣。我們的研究揭示了這些顆粒如何在這一過程中演化，可能幫助我們找到一種完全不同的納米材料生產方式。