月亮就像一只夜空中的变色龙，经常改变着自己的外观。它可能会随着自己相位、在太阳系中的位置或地球大气层中的烟雾的不同，看起来更大、更亮或更红。除此之外，另一个影响因素是月球尘埃颗粒的大小和形状，月尘颗粒是覆盖月球表面的小岩石颗粒。美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究人员近期正在测量更微小的月球尘埃粒子，为了能够更准确地理解月球表面的颜色和亮度的变化。同时，这项研究也有助于通过以月球作为校准源的卫星相机来改善对天气模式和其他现象的跟踪。

NIST的研究人员与合作者使用一种复杂的方法来测量1969年阿波罗11号任务中收集的25个月球尘埃颗粒的精确三维形状。该团队包括来自空军研究实验室、太空科学研究所和密苏里大学堪萨斯城分校的研究人员。这些研究人员已经研究月球尘埃好几年了。但是正如一篇新的论文中所描述，他们现在有了X射线纳米计算机断层扫描(XCT)，这使他们能够检查小到400 nm(十亿分之一米)的粒子的形状。

图片来源：E. Garboczi/NIST and A. Sharits/AFRL

该图为在阿波罗11号任务中收集的月球尘埃的精确形状彩色截图。NIST的研究人员和合作者开发了一种测量这些纳米粒子的方法，以此作为研究其光散射特性的前提。

该科研小组尝试了一种新的方法，用于测量和计算尘粒形状是如何散射光的。后续将研究更多种类的颗粒，并将它们的形状与光散射更明确地联系起来。研究人员对“反照率”这一特征十分感兴趣，这个特征可以表明它反射了多少光或辐射。

NIST的研究人员多年来一直在测量阿波罗飞行任务期间收集到的月尘。材料科学家Ann Chiaramonti Debay向我们解释了原因。

NIST研究员Ed Garboczi说：“测量月球纳米颗粒的过程很复杂，因为很难单独获得一个小颗粒。但是为了获得良好的统计数据，通常需要测量许多颗粒，因为它们的大小和形状是随机分布的。”

“由于它们是如此之微小，并且因为它们仅以粉末形式存在，因此需要将单个颗粒与其他颗粒分开，” Garboczi继续说道，“它们太小了，不能手工完成，因此必须将它们合理分散在介质中。介质还必须冻结其机械运动，以便能够获得良好的XCT图像。如果在XCT扫描的几个小时内粒子有任何运动，则图像将非常模糊并且无法使用。样品的最终形式还必须与X射线源和照相机在旋转时靠近样品的位置兼容，因此窄而直的圆柱体是最佳选择。”

该过程涉及将Apollo 11带回的材料搅拌成环氧树脂，然后将其滴在一根小吸管的外面以得到薄层。然后从吸管中取出这一层的小片，安装在裁缝针上，随后将其插入XCT仪器中。XCT机器生成样品的X射线图像，这些图像由软件重建为切片。随后将切片堆叠为3D图像，最后再将其转换为一种可划分体积单位的格式，也可称为体素（分布于粒子的内部或外部）。通过计算，从这些分割的图像中识别3D粒子形状。组成每个粒子的体素被保存在单独的文件中，然后转发到研究员的实验软件中，以解决在红外频率范围内可见光的电磁散射问题。

实验结果表明，月尘颗粒吸收的光的颜色对其形状高度敏感，并且可能与相同大小的球形或椭圆形颗粒有显著差异。“这是我们首次观察月球颗粒的实际形状对光散射的影响，并着眼于一些基本的颗粒性质，”太空科学研究所的合著者Jay Goguen说， “这里开发的模型构成了未来计算的基础，这些计算可以模拟月球表面的光谱、亮度和偏振的观察，以及对月球相位期间观测到的量如何变化进行建模。”

研究人员现在正在研究范围更广的月尘形状和大小，包括在1971年阿波罗14号任务期间收集到的颗粒。月尘样品由NASA外星物质管理和分析计划小组提供。