在人類探索宇宙的征程中，月球始終是研究的重要目標。近日，由中國科學院國家空間科學中心牽頭，聯合瑞典空間物理研究所等國內外科研團隊，借助嫦娥六號著陸器搭載的負離子分析儀（NILS），取得了關于月球的重大科研突破——首次在月球表面直接探測到太陽風與月表相互作用產生的負離子（H?），這一發現為深入認識月球等離子體環境提供了關鍵依據。

宇宙中，超過99%的可見物質以等離子體形態存在，通常由正離子和電子構成，但負離子同樣廣泛存在于各類天體物理環境，并發揮著不可忽視的作用。在太陽外層大氣里，負離子是導致可見光波段不透明度的關鍵因素；早期宇宙中，H?離子通過締合脫附反應快速生成分子氫，有力推動了第一代恒星的形成；在行星環境方面，多個探測任務曾在彗星、火星的電離層中，利用電子探測器間接探測到負離子，證實了其在行星電離層中的重要地位。盡管從理論上推測月球環境可能存在負離子，然而長期以來，由于缺乏直接的觀測證據，其是否存在以及具體的分布特征一直是科學界亟待解決的謎題。

月球作為無大氣天體的典型代表，太陽風能夠毫無阻礙地直接轟擊月表。近年來的研究顯示，太陽風質子撞擊月壤后，大部分會注入風化層，約10% - 20%以能量中性原子（ENA）的形式散射，約0.1% - 1%則以正離子形式反射。同時，理論和實驗室研究推測，部分質子在散射過程中可能會捕獲第二個電子，從而形成負離子（H?）。不過，由于光致解吸作用，H?在太陽輻射下極易失去電子而消散，難以存活到環月軌道器的高度，這使得以往的月球軌道探測任務未能捕捉到負離子的信號。而月表就位探測能夠在負離子產生的源區附近直接測量，成為突破這一難題的關鍵手段。嫦娥六號著陸器上搭載的負離子分析儀（NILS），是由瑞典空間物理研究所和中國科學院國家空間科學中心聯合研制的國際首個地外空間專用負離子探測器。在兩天的觀測時間里，該儀器成功獲得了六段有效的H?能譜數據，實現了人類首次在月球表面對負離子的直接探測。

科研團隊將NILS獲取的H?能譜與ARTEMIS衛星同期觀測的上游太陽風參數進行了系統分析。分析結果表明，H?積分通量與太陽風法向通量之間存在強正相關，相關系數r = 0.87；H?平均能量與太陽風能量同樣呈強正相關，相關系數r = 0.88。這些數據為負離子起源于太陽風與月表相互作用提供了直接的觀測證據。H?平均能量集中在250 - 300 eV，進一步說明這些負離子主要由太陽風在月表的散射過程產生。

為了評估H?對月球空間環境的影響，研究團隊進一步開展了模擬研究，揭示了其空間分布特征。在月球向陽面，由于光致解吸效應，H?被限制在緊貼月球表面的薄層內，密度隨著高度的增加迅速衰減。而在背陽面，該區域處于月球陰影區，沒有太陽光照，光致解吸效應消失，H?被電磁場“拾起”后，能夠形成延伸數個月球半徑的長負離子尾。這一新發現的帶電粒子組分可以參與填充月球尾跡區的等離子體空腔。在極端太陽風密度事件期間，H?密度可比正常條件高出10倍以上，可能會對月球空間環境產生顯著影響，例如引發一些等離子體波動等。