是的，月球有大气层——而且它完全是由金属构成的

在学校学习月球知识时，通常会被告知月球的引力不足以捕获和保留任何重要的大气层。尽管如此，月球仍然被一层稀薄、短暂的气体晕所包围——即外逸层。

这一令人惊讶的事实是利用阿波罗计划中访问月球的宇航员携带的仪器首次发现的。月球的引力很弱，这意味着外大气层的组成原子会不断流失到太空中——因此，它的持续存在意味着这些原子的供应会不断得到补充。

8 月 2 日《科学进展》杂志发表的一项新研究详细探讨了这种补充是如何发生的。研究者们研究了一组元素，这些元素在月球大气中的存在可能会让任何研究过化学的人都感到惊讶：碱金属。

碱金属是元素周期表的第一族，包括锂、钠、钾、铷和铯（以及钫，由于放射性太强，所以从未在宏观数量中发现过）。为什么它们的存在令人惊讶？在地球上，它们以反应性而闻名，这一点可以从高中时经典的演示中看出：一块钠遇到水时会有什么反应。然而，在月球上，情况却大不相同。

正如论文第一作者 Nicole Nie 教授告诉《大众科学》 ：“在月球土壤和岩石中，碱金属被束缚在矿物中，与氧和其他元素形成稳定的化学键。但当它们从表面释放出来时，它们通常会变成中性原子。[月球上]没有液态水或实质性大气，因此这些金属可以保持其元素形式——[并且]由于月球大气中的原子数量非常少，原子可以自由移动很长的距离而不会相互碰撞。”

然而，这确实提出了一个问题：原子是如何从表面释放出来的。本文试图回答这个问题，特别是三个被称为“太空风化”的过程的相对贡献。这三个过程的共同点是，它们涉及某种物质撞击月球表面，将碱金属元素从它们所结合的矿物化合物中击出。（这些过程也会释放其他元素，但碱金属的挥发性使它们特别容易释放。）

第一个过程是微陨石撞击，微小的太空碎片像雨点一样落下，其力量足以蒸发月球表面的一小部分，并将其组成原子发射到轨道上。第二个过程是离子溅射，太阳风驱动的带电粒子撞击月球表面。最后是光子激发的解吸，来自太阳的高能光子将碱金属击落。

正如论文所述，虽然每个过程都得到了很好的描述，但之前的研究“并未最终阐明它们对月球大气的[相对]贡献”。为了做到这一点，聂和她的团队直接回到了问题的源头：阿波罗计划。20 世纪 60 年代末和 70 年代初的各种载人登月任务共带回了 382 公斤的月球土壤样本，几十年后，这些样本仍在向研究人员揭示它们的秘密。聂的研究涉及检查来自五次不同阿波罗任务的 10 个样本，其中包括来自首次载人登月任务阿波罗 8 号的几个样本。

研究小组利用这些样本研究了土壤中钾和铷不同同位素的相对比例。（钠和铯各只有一种稳定同位素，而锂的挥发性低于其较重的同位素。）正如聂向《大众科学》杂志解释的那样，“元素中较轻的同位素会优先在这些过程中释放，从而使月球土壤具有相对较重的同位素组成。对于受太空风化影响的元素，我们预计月球土壤会显示出较重的同位素组成，而不受该过程影响的深层岩石则不会。”

不同的太空风化过程会产生不同的同位素比例，研究小组的研究结果表明，微陨石撞击对月球大气的贡献最大，“可能贡献了超过 65% 的大气[钾]原子，其余部分则由离子溅射组成。”

这为了解月球大气在数十亿年中如何演变提供了宝贵的见解——尽管其成分在较短的时间尺度上可能会发生变化，但这些结果表明，从长远来看，微陨石撞击在不断补充大气中起着主导作用。这项研究还指出，类似的研究可能在其他类似月球的物体上进行，比如火星的两颗卫星之一火卫一。