月球没有“天气”，为什么更需要“天气预报”？| 科学教育研究所

前瞻地看，对月球上的“天气预报”会从科学研究变成生存刚需，是我们必须实现的工程保障能力。

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撰文| 赵静宜（中国科学院高能物理研究所）

从我国探月工程的稳步推进，到美国“阿尔忒弥斯2号”载人绕月返回任务圆满收官，人类新一轮月球探索热潮已然到来。建立月球基地、实现长期驻留，正在从科幻想象一步步走向现实。假如有一天，我们真的要搬到月球上生活，一个很自然的问题就会冒出来：月球上既不下雨也不刮风，连云彩都没有，我们还需要像在地球一样，每天看天气预报吗？

真实答案和直觉不太一样：月球上没有地球上的天气，却比地球更离不开“预报”。只不过我们要提前盯紧的，不是阴晴雨雪，而是直接关系到安全与生存的“空间天气”。

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月球没有大气，自然没有我们熟悉的天气

想弄明白月球上是否需要天气预报，得先从月球最特殊的环境说起——它几乎是一颗完全裸露在宇宙里的星球。地球上之所以有风、云、雨、雾，昼夜温差也相对温和，全靠一层厚实的大气层。它像一床恒温棉被，既能存住热量，又能让空气流动、水汽循环，才造就了我们习以为常的天气。

但月球完全不具备这样的条件。月球质量小、引力弱，根本留不住稳定厚重的大气层，只在表面包裹着一层极其稀薄的外逸层，成分包括氩、氦、钠、钾、氖等。外逸层粒子几乎不会相互碰撞，存不住热量，更不可能形成云、雨、雾、雪。所以月球上不存在传统意义上的天气现象。

图1：嫦娥六号着陆器降落相机拍摄的影像 | 图源：国家航天局

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没有传统天气，却有更凶险的“空间天气”

正因为月球没有浓密大气层的包裹，也缺乏全球性磁场的防护，其表面更容易受到太阳及宇宙辐射等空间天气的影响。这里所说的“空间”不是日常生活中所说的“空间”，而是特指包括恒星、行星际及行星环境在内的自然空间（太空）。对于身处太阳系的地球和月球，空间天气的最主要影响者就是太阳。太阳有时候会像发脾气一样突然喷出大量带电粒子和强烈辐射，引发太空环境的短时“天气”变化。它们不像地球上的风雨雷电能被看见，但威力无穷，会直接影响月球上的设备和人员安全。因此，对空间天气的预报是长期驻留月球需要重点关注的要素。此外，近乎裸露的月球表面环境也是导致它更容易受空间天气变化影响的原因。具体说来一共有如下四个方面。

1. 致命辐射风暴与微流星体撞击

月球面临的辐射环境远比地球严苛，银河宇宙射线在月面形成的辐射剂量，为地球表层的百倍量级。倘若出现太阳耀斑、日冕物质抛射等强烈爆发活动，短时间内辐射剂量会快速攀升，给执行舱外任务的人员带来风险。此外，微流星体乃至体积更大的天体会持续撞击月球表面，这场不间断的“太空碎片雨”不断扰动月表物质，使其反复翻动、混合与破碎。

图2：来自太阳表面的高速氢离子注入到月球表面| 图源：中国科学院地质与地球物理研究所

2.剧烈的月表电位变化

受太阳风与等离子体的长期作用，月球表层会持续产生静电累积现象。常规状态下月表电位处于-100伏以内，而当月球运行至地球磁尾等离子体片区域时，局部可低至-1000伏左右。如此大幅度的电位变化，可能会加剧航天器表面的充放电，引起电子设备故障。

3.会“飞”起来的危险月尘

静电还会把细小的月尘“托”到空中。在电场作用下，月尘颗粒可被抬升至数千米高度。月尘可能会黏附在电子设备上，不仅会磨损设备、破坏密封结构、影响散热，一旦被吸入人体呼吸道，还会造成长期健康伤害。

4.极端又突然的温差变化

没有大气保温缓冲，月球上的温差大得惊人。赤道区域白天温度能超过120℃，入夜就跌到-130℃；极地永久阴影区里，温度更是低至-250℃。温度变化快、幅度大，对设备材料、热控系统、能源装置都是严苛考验。

这些看不见、摸不着的空间天气，不会出现在地球的天气预报里，却是在月球生活必须提前预警、主动避开的安全隐患。

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住在月球，我们要“预报”些什么？

如果未来你住在月球基地，每天打开的“天气预报”界面，不会显示气温、降水、风力，而是一组直接关系到生存的关键信息，例如：

1.太阳活动监测数据：包括太阳辐射通量、高能粒子事件预警等，用于评估月表辐射剂量与舱外活动安全时长；

2.地球磁层活动监测数据：重点监测月球是否即将进入地球磁尾，预判空间环境是否会发生剧烈扰动。

3.月球空间环境监测数据：涵盖宇宙线强度、月表电位、月尘浓度、微流星体通量等，为设备安全与出舱作业提供依据。

这些预报不是为了方便出行，而是为了保住生命、保住设备、保住任务顺利进行。

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月球天气预报：从科学研究变成生存刚需

随着载人登月和月球基地一步步落地，月球空间天气预报已经不再是单纯的科学研究，而是必须实现的工程保障能力。

目前，各国已经通过月球轨道飞行器、月面着陆器，对太阳风、月表辐射剂量、月尘等关键要素开展长期探测，并建立了初步的月球空间环境预报模型。未来的月球空间天气监测站，将整合太阳活动监测、地球磁层监测与月表环境监测，实现实时监测、快速预警、精准预报，为航天员长期驻留与月面作业提供全天候空间环境保障。

这意味着，等人类真正在月球长期生活，空间天气预报会和氧气、水、能源一样，成为最基础的生存保障。

结语

月球上没有风，没有雨，没有四季交替，却直接面对着宇宙的严酷环境。我们在地球上习惯了天气预报提醒添衣带伞；而在月球上，预报具有更重大的意义：预知危险，守护生命。

所以，住到月球上，我们当然需要“天气预报”。它不再是生活里的小提醒，而是人类在另一个星球上，稳稳立足、平安生活的第一道防线。

参考文献

[1] 罗冰显,张贤国,孙天然,等.月球空间天气探测与研究进展[J].深空探测学报(中英文),2024,11(02):159-168.

[2] ZHANG S Y，WIMMER-SCHWEINGRUBER R F，YU J，et al. First measurements of the radiation dose on the lunar surface[J]. Science Advances，2020，6（39）：eaaz1334.

[3] 王明远,王美,平劲松,等.月球空间环境研究进展[J].深空探测学报(中英文),2021,8(05):486-494.

[4] NASA. Lunar Reconnaissance Orbiter: Temperature Variation on the Moon[EB/OL]. https://science.nasa.gov/wp-content/uploads/2024/01/lrolitho7temperaturevariation27may2014.pdf

[5] NASA. Weather on the Moon[EB/OL]. https://science.nasa.gov/moon/weather-on-the-moon/.

[6] World Meteorological Organization. The Sun’s impact on the Earth[EB/OL]. https://public.wmo.int/suns-impact-earth

文章转载自"返朴"公众号