在人类探索宇宙的征程中，月球始终是研究的重要目标。近日，由中国科学院国家空间科学中心牵头，联合瑞典空间物理研究所等国内外科研团队，借助嫦娥六号着陆器搭载的负离子分析仪（NILS），取得了关于月球的重大科研突破——首次在月球表面直接探测到太阳风与月表相互作用产生的负离子（H⁻），这一发现为深入认识月球等离子体环境提供了关键依据。
宇宙中，超过99%的可见物质以等离子体形态存在，通常由正离子和电子构成，但负离子同样广泛存在于各类天体物理环境，并发挥着不可忽视的作用。在太阳外层大气里，负离子是导致可见光波段不透明度的关键因素；早期宇宙中，H⁻离子通过缔合脱附反应快速生成分子氢，有力推动了第一代恒星的形成；在行星环境方面，多个探测任务曾在彗星、火星的电离层中，利用电子探测器间接探测到负离子，证实了其在行星电离层中的重要地位。尽管从理论上推测月球环境可能存在负离子，然而长期以来，由于缺乏直接的观测证据，其是否存在以及具体的分布特征一直是科学界亟待解决的谜题。
月球作为无大气天体的典型代表，太阳风能够毫无阻碍地直接轰击月表。近年来的研究显示，太阳风质子撞击月壤后，大部分会注入风化层，约10% - 20%以能量中性原子（ENA）的形式散射，约0.1% - 1%则以正离子形式反射。同时，理论和实验室研究推测，部分质子在散射过程中可能会捕获第二个电子，从而形成负离子（H⁻）。不过，由于光致解吸作用，H⁻在太阳辐射下极易失去电子而消散，难以存活到环月轨道器的高度，这使得以往的月球轨道探测任务未能捕捉到负离子的信号。而月表就位探测能够在负离子产生的源区附近直接测量，成为突破这一难题的关键手段。嫦娥六号着陆器上搭载的负离子分析仪（NILS），是由瑞典空间物理研究所和中国科学院国家空间科学中心联合研制的国际首个地外空间专用负离子探测器。在两天的观测时间里，该仪器成功获得了六段有效的H⁻能谱数据，实现了人类首次在月球表面对负离子的直接探测。
科研团队将NILS获取的H⁻能谱与ARTEMIS卫星同期观测的上游太阳风参数进行了系统分析。分析结果表明，H⁻积分通量与太阳风法向通量之间存在强正相关，相关系数r = 0.87；H⁻平均能量与太阳风能量同样呈强正相关，相关系数r = 0.88。这些数据为负离子起源于太阳风与月表相互作用提供了直接的观测证据。H⁻平均能量集中在250 - 300 eV，进一步说明这些负离子主要由太阳风在月表的散射过程产生。
为了评估H⁻对月球空间环境的影响，研究团队进一步开展了模拟研究，揭示了其空间分布特征。在月球向阳面，由于光致解吸效应，H⁻被限制在紧贴月球表面的薄层内，密度随着高度的增加迅速衰减。而在背阳面，该区域处于月球阴影区，没有太阳光照，光致解吸效应消失，H⁻被电磁场“拾起”后，能够形成延伸数个月球半径的长负离子尾。这一新发现的带电粒子组分可以参与填充月球尾迹区的等离子体空腔。在极端太阳风密度事件期间，H⁻密度可比正常条件高出10倍以上，可能会对月球空间环境产生显著影响，例如引发一些等离子体波动等。
