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本文发表于《科学画报》 2014 年第 2 期 (上海科学技术出版社出版), 发表时的标题为 “无处不在的尘埃”。

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尘埃, 无处不在的尘埃

- 卢昌海 -

本文是替《科学画报》撰写的专栏短文, 本站版本在若干人名和术语初次出现时注有英文。

“玉兔号” 月球车在月面尘埃上留下的印迹
“玉兔号” 月球车在月面尘埃上留下的印迹

2013 年 12 月 14 日, 一个值得铭记的日子, 中国 “嫦娥三号” 月球探测器在月球表面软着陆成功。 次日, “玉兔号” 月球车缓缓驶出, 在月面的尘埃中留下了一串车辙印。 距此 44 年前的 1969 年 7 月 20 日, 另一个值得铭记的日子, 美国 “阿波罗 11 号” (Apollo 11) 的宇航员登月成功, 在月面的尘埃中留下了一串脚印。 比那更早 11 年的 1958 年, 在一个无人记得的日子里, 美国作家阿西莫夫 (Isaac Asimov) 发表了一篇题为 “岁月的尘埃” (The Dust of Ages) 的短文, 对月面上几十亿年累积的尘埃数量进行了估算, 结论是尘埃厚度约为几十英尺 (约十米以上)。 阿西莫夫据此想象: 人类第一个登月航天器将会在月面的尘埃中遭遇 “没顶之灾”。

阿西莫夫错了。

但那是一个可以原谅的错误。 因为它比人类最早的月面软着陆 (1966 年) 早了 8 年, 无事实可鉴, 所凭借的数据本身也有着时代局限。 而且, 我们都难免会受地球经验的影响。 在地球上, 尘埃的数量是惊人的, 且无处不在: 一束射入房间的阳光, 就能照出飞舞的尘埃; 一个几天不扫的房间, 就会蒙上薄薄的尘埃; 更不用说让人越来越头疼的 “沙尘暴” 和 “雾霾” 了。

不过, 地球尘埃虽无处不在, 我们对它的了解其实仍很有限。 比如长期以来, 人们一般认为室内的尘埃大都来自人类或宠物的毛发和表皮细胞, 地毯及家具表面的脱落物, 昆虫尸体及其分解物等。 这些都产生于室内。 但 2009 年, 美国亚利桑那大学 (University of Arizona) 的几位科学家在用计算机模拟等手段对尘埃扩散进行研究之后却提出, 室内的尘埃约有 60% 是来自户外的。 看来, 就连这样一个用福尔摩斯的话说该是很 “初等” (elementary) 的问题, 其答案也是有争议的。 这项研究看似冷门, 若被证实, 却是可以有很多应用的, 比如由于其对尘埃扩散的分析具体到了各种成分上, 因而对控制特定类型的尘埃可能会有所助益。 此外, 若室内的尘埃果真约有 60% 来自户外, 那么遇到 “雾霾” 时恐怕不是在家里 “躲猫猫” 就可以高枕无忧的。

尘埃不仅存在于行星、 卫星等固态天体的表面上, 也普遍存在于太空中。 比如在暮色或晨曦中有时可以见到的所谓 “黄道光” (Zodiacal light) 就是阳光被太空中的尘埃散射所形成的。 不过, 科学家们对那些尘埃的具体来源也有一定的争议。 与地球上的尘埃令人讨厌不同, 太空中的尘埃乃是组成行星的原料——当然, 也是组成我们这些小小生物的原料。 那些原料中的重元素乃是在恒星内部炼制出来的, 因而某些太空尘埃有一个很浪漫的名称, 叫做 “星尘” (stardust)。 从某种意义上讲, 我们都是 “星尘” 的后裔。

尘埃的重要性还体现在另一个很重要的方面, 那就是蕴含着有关环境的重要信息。 比如房间里某些久不被打扫的尘埃有可能蕴含着房间内外环境变迁的信息, 而太空中的尘埃因更长时间无人 “打扫”, 往往如化石般蕴含着远古环境的信息。 这后一点引起了科学家们的浓厚兴趣。 作为这种兴趣的体现, 2013 年 9 月 7 日, 美国国家航空航天局 (NASA) 发射了一个 “月球大气与粉尘环境探测器” (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer, 简称 LADEE), 旨在对月球附近空间里的尘埃进行研究。 “嫦娥三号” 登月之后, 美国国家航空航天局的月球探索分析组 (Lunar Exploration Analysis Group) 主席帕雷斯卡 (Jeff Plescia) 曾担心 “嫦娥三号” 着陆过程中喷射出的气体及激起的尘埃有可能干扰 “月球大气与粉尘环境探测器” 的工作。 但另一些专家——比如美国加州大学洛杉矶分校 (University of California, Los Angeles) 的天文学家里奇 (Michael Rich)——则表示, 那非但不是干扰, 而且还能为 “月球大气与粉尘环境探测器” 提供独特的研究机会, 因为 “嫦娥三号” 喷射出的气体的成分是已知的, 很容易区分, 相反, 通过观测那些气体及着陆过程中激起的尘埃在月球附近空间的扩散, 人们可以获取有关月球附近空间里尘埃分布的额外信息。 看来, “嫦娥三号” 对 “月球大气与粉尘环境探测器” 究竟有何影响也是一个有争议的问题。

也许, 唯一没有争议的是: 尘埃是一个在很多方面都值得研究的课题。

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