月球南极沙克尔顿撞击坑周围电势和尘埃静电输运的理论分析

近年来,月球南极地区因其特殊的光照条件以及撞击坑永久阴影区中可能存在的水冰而成为未来探测的焦点.沙克尔顿(Shackleton)撞击坑几乎位于月球南极点,已成为包括嫦娥七号任务在内的未来着陆任务最热门的目的地.然而,人们对该撞击坑周围的电势和尘埃环境仍然知之甚少.本文建立了一个理论模型来研究撞击坑周围的月表电势和尘埃的静电输运.研究发现,由于地形遮挡,该撞击坑的底部会充负电,背风侧坑壁表面电位最低可至-175V.相应地,有大量带电尘埃颗粒会从背风侧坑壁发射出来,迁移高度可达10km,水平迁移距离约为40km,这使得撞击坑附近可形成局部尘埃云.通过数值模拟对地形遮挡和局部尘埃云进行了验证,发现撞击坑附近确实产生了局部尘埃云,典型尘埃密度为104~105m^(-3).研究结果对未来撞击坑附近月面探测的环境评估具有重要意义.此外,研究结果还有助于理解其他无大气天体的表面充电和尘埃静电输运过程.