月球并不存在真正意义上的大气层，但从更长的时间尺度来看，地球似乎一直在“分享”自己的大气。一项最新研究指出，地球的磁场可能在数十亿年间持续将部分大气粒子引导并输送到月球表面。
自阿波罗计划带回月壤样本以来，科学家就在月球风化层——覆盖月表的细小岩石和尘埃中——发现了出乎意料的高含量挥发性元素。这些元素的来源一直存在争议。太阳风被认为是其中一种可能解释，但单靠太阳风，尤其难以解释月壤中较高的氮元素含量。微小陨石不断撞击月球表面，也可能对化学组成产生一定影响，但仍不足以完全说明这些观测结果。
地球大气同样被提出为潜在来源，不过长期以来，人们认为这种情况只可能发生在地球磁场形成之前。一旦磁场出现，它应当会像屏障一样，阻止大多数大气粒子逃逸。然而，罗切斯特大学天体物理学家领导的一项新研究对这一传统观点提出了挑战。
研究团队通过计算机模拟比较了两种不同情景：一种是早期地球模型，当时磁场尚未形成，但太阳风活动更为强烈；另一种则是现代地球模型，具有稳定而强大的磁场，同时太阳风相对较弱。令人意外的是，结果显示，后者反而更能解释月球表面所观测到的挥发性元素分布。
在现代地球情景中，太阳风会将带电粒子从地球高层大气中剥离出来，这些粒子随后沿着地球磁力线被加速并输送。由于太阳风的持续冲击，地球磁层并不是一个对称的球形结构，而是被拉伸成类似彗星尾巴的形态，也就是所谓的磁尾。当月球在其轨道运行过程中穿越这条磁尾时，这些来自地球的大气粒子就有机会沉积到月球表面。
此前已有研究提出，类似的机制可能向月球输送氧元素，促成水分子的形成，甚至解释月球表面出现“生锈”现象的新线索。而这项最新研究进一步指出，这种由地球磁场介导的物质输送过程，可能已经持续了数十亿年，为挥发性物质在月壤中的逐步积累提供了充足时间。
更具吸引力的是，地球大气在漫长的地质历史中经历了剧烈变化。如果这些大气粒子被长期保存在月球风化层中，那么月球表面很可能充当了一个天然的“时间胶囊”，记录着地球大气演化的重要信息，为未来研究早期地球环境提供了独特窗口。
本文译自：sciencealert .由olaola编辑发布