在美国国家航空航天局（NASA）位于休斯敦的约翰逊航天中心深处，散落着一系列被工作人员戏称为“脏实验室”（dirty labs）的工作坊。

走进这里，穿过迷宫般的走廊、巨大的机库和幽闭的房间，你会发现灰尘无处不在：培养皿、试管、盒子、大桶、中庭以及板条箱里，无一幸免。

在一间堆满储存容器的无窗房间里，一个巨大的半透明盒子被撬开，露出了一片灰黑色的微型沙漠，里面铺满了极细的粉末。研究人员邀请我将未戴手套的手伸入其中。

这种粉末摸起来像爽身粉，但粘性强得多，密度也大得惊人。在里面“游”了几秒钟后，我抽出了手，发现它已经被完全覆盖。无论怎么甩手、搓手，都无法抖落这些粉末。这种感觉完全陌生。

而这正是关键所在：这是对真实月球尘埃近乎完美的模拟，它是由玄武岩——一种火山岩——粉碎而成的。

月球表面是一片沙漠，形成于数十亿年前的熔岩喷发。自月球冷却以来，其火山岩和玻璃几乎不断地被微陨石撞击粉碎，形成了一层由自由漂浮的超细尘埃颗粒组成的薄雾。

“它非常、非常锋利。它令人抓狂，会让人焦躁不安。它无孔不入。”约翰逊航天中心的尘埃缓解研究员艾米·弗里茨（Amy Fritz）说。

当受到轻微搅动或辐射照射时，这些尘埃会带上电荷，这意味着它不仅能悬浮在月球表面上方，还非常喜欢“粘”在宇航员身上。

“这非常不方便。”说“不方便”其实是轻描淡写了。

约翰逊航天中心（Johnson Space Center）的减尘研究员艾米·弗里茨（Amy Fritz）在一个布满灰尘的热真空室中，将模拟的月球尘埃倒入床盘中，用于测试硬件。｜美国国家地理图片集

这一把模拟月尘的微粒吸附在我的手上，生动地揭示了月壤最棘手的难题——它几乎能粘附在任何接触到的物体上。｜美国国家地理图片集

在阿波罗时代，月球尘埃被吸入宇航员的肺部，导致他们患上了一种被称为“月球花粉热”（lunar hay fever）的呼吸道疾病。所有东西闻起来都像烧焦的火药，他们还会打喷嚏，并伴有持续的鼻塞。

阿波罗17号的指令长吉恩·塞尔南（Gene Cernan）尤其厌恶这些月球碎屑。“它似乎就住在航天器的每一个角落和缝隙里，以及你皮肤上的每一个毛孔里。”他曾经这样评价。

1971年阿波罗15号任务期间，指令长大卫·R·斯科特（David R. Scott）的宇航服上沾满了月球尘埃。｜美国国家地理图片集

这些尘埃腐蚀了救生设备，从真空密封件到宇航靴无一幸免。“三天后，他们的宇航服就开始散架了。”约翰逊航天中心的航天技术研究员阿纳斯塔西娅·福特（Anastasia Ford）说。宇航员们曾被配发刷子来清扫灰尘，但事实证明这不仅无益，反而更成问题。

刷子不仅会被堵塞，而且刷的动作会使灰尘带电，从而增强其粘附性。“你该如何清洁你的清洁工具呢？”弗里茨问道。 

近年来，在约翰逊航天中心众多“脏实验室”——包括实验性的月球开发和测试设施——工作的人员，已经以令人恐惧的细节揭示了月球尘埃对未来任务和宇航员构成的全部风险。

科学家们将航天设备放入专门设计的舱室中，以重现月球表面的条件——这是一个极端恶劣的真空环境，温度范围从121摄氏度到零下零下196摄氏度不等。

当我放入手中的那种模拟尘埃被泵入该环境时，无论是摄像系统还是宇航员的手套，设备都会被彻底“吃掉”。就好像它们正在遭受微观太空食人鱼的攻击。

因此，找出如何保护太空旅行者免受月球尘埃侵害的方法，是NASA的首要任务之一，这也就不足为奇了。通过阿尔忒弥斯计划（Artemis program），该航天局希望在月球南极建立永久存在。

如果在没有任何防尘保护的情况下将探险者送往那里，可能会是一个致命的错误：他们的太阳能电池板和电线会被啃坏，下一代月球车会发生故障，宇航服也会失效。最坏的情况下，宇航员可能会因此丧生。

月球尘埃确实如此危险。“想象一下，你有一整箱玻璃瓶。还有一把大锤。你在壁橱里把它们砸成碎片。然后你拿一个吹叶机。”NASA静电与表面物理实验室的首席科学家查尔斯·布勒（Charles Buhler）说。月球尘埃就是那样的。“你必须保护自己免受其害。”

幸运的是，NASA正在努力研发一种听起来非常科幻的解决方案，以将尘埃从几乎任何表面上弹开。

以电除尘

在为阿尔忒弥斯任务做准备时，NASA的研究人员一直在想方设法快速清除宇航员及其装备上的月球尘埃。

弗里茨说，一种模仿壁虎皮肤的太空时代“粘毛滚筒”目前正在测试中，此外还有使用气体喷射器将灰尘从表面吹走的工具。

但目前为止，最有前景的是肯尼迪航天中心的一个原型机。它被称为电动防尘盾。它可以分层覆盖在或编织进几乎任何物体上。

它的电极实际上是透明的。只需轻轻一按开关，粘附在上面的任何月球尘埃都会被喷射到太空中。

这种透明的防尘盾“有着悠久的历史”，布勒说。早在1967年，科学家们就开发了静电帘的概念——一种利用月球尘埃的静电特性来对抗其自身的带电面纱。当帘子经过带正电的尘埃颗粒时，其带负电的表面会吸引它们，就像纤维磁铁吸起铁屑一样。

多年来，通过美国和日本研究人员的合作，这一概念不断发展，并最终进入了肯尼迪航天中心的静电与表面物理实验室，该实验室于2000年5月落成。

卡洛斯·卡列（Carlos Calle）是NASA静电与表面物理实验室的科学家，他正在准备一个静电防尘盾进行测试。图中显示，通电后的防尘盾实验装置变得非常干净。｜美国国家地理图片集

官方正式命名为EDS的测试早在2002年就开始了。一个花哨的吸灰掸子很有用。但他们真正需要的是一个月球尘埃排斥器——一种让送往月球的设备能够自清洁的方法。

它看起来简单得令人难以置信：这是一个连接到非常小的电源（如电池组或太阳能插头）的二维透明电极阵列，这些电极被分层覆盖在或编织进你需要保持无月尘的任何物体或表面上。

但是，正如布勒所解释的，其背后的科学原理利用了自然界的两种特殊力量。

第一种与静电帘相同：库仑力。这是衡量两个带电粒子之间吸引力或排斥力的指标。为了让EDS工作，尘埃颗粒需要与EDS电极具有相同类型的电荷：换句话说，带正电的尘埃颗粒会被带正电的电极排斥。

如果是这样，那么由此产生的库仑力就会将尘埃从EDS上排斥开。 当然，有些尘埃颗粒会带负电，而负电荷会被正电荷吸引。

为了克服这一点，EDS的电场会非常迅速地从正切换到负，以确保两种类型的尘埃颗粒基本上同时被推离EDS。

但是，由于EDS的电荷状态总是会吸引带相反电荷的尘埃，仅靠库仑力无法清除所有有害的月球尘埃。这就是为什么EDS依赖于第二种更奇特的排斥效应：介电泳力（简称DEP force）。

在物理学中，一种材料可以是“可极化的”。这意味着如果你对该材料施加电场，其自身的正电荷和负电荷会在一定距离上分离。想象一个地球仪，所有的正电荷都移向北极，所有的负电荷都移向南极。

月球尘埃颗粒也是可极化的。所以当你将它们置于电场中时，每个颗粒也会有一个带正电的极和一个带负电的极。

为了利用这一点，EDS的电场不断改变形状，确保其正极扫过尘埃颗粒中的正极，反之亦然。这意味着尘埃颗粒的两个电极都会感受到排斥推力，从而将颗粒从EDS上扫走。

对于没有物理学背景的人来说，这可能听起来像魔法。但关键点在于：这两种力的结合应该能在清除月球尘埃方面创造奇迹。在真空室中使用模拟月尘进行的测试表明，EDS可以清除表面高达99%的尘埃。

但EDS真正的前景在于其非凡的适应性。它可以作为覆盖在表面的盾牌：你可以将其透明电极分层覆盖在相机镜头、用于调节航天器温度的热辐射器以及太阳能电池板上。但它也可以缝进宇航服里。

“EDS被嵌入到服装材料中，穿过织物，”布勒说，“这是一项令人难以置信的灵活技术。我们还没有发现不能嵌入它的情况。”

EDS登陆月球

早期的阿波罗宇航员带回了大量的月球岩石——以及大量粘性的月球尘埃——供研究人员检查。

但由于这些样本既稀有又具有无价的科学价值，像EDS这样的技术测试大多是在NASA制造的模拟月尘上进行的。

幸运的是，在地球上可以找到化学性质与月球表面几乎相同的岩石：火山喷发的熔岩冷却凝固后，总是会形成类似月球的岩石。如果你把这些岩石粉碎到几乎消失，你就得到了一个非常好的月球尘埃复制品。

但布勒的团队甚至有幸在一些真正的月球尘埃上试用了EDS。“我们拥有的土壤，即阿波罗样本——我们能够相当容易地移走上面的灰尘。”他说。

EDS也已经在太空中进行了测试。它于2019年首次进入国际空间站。在那里，它被嵌入到各种类型的玻璃、塑料和原型宇航服面料中。EDS出色地通过了除尘测试。

但是，确保未来的阿尔忒弥斯宇航员在月球南极受到EDS的保护则更加困难。那些充满灰尘的真空室在技术上非常出色，但它们无法提供100%准确的月球环境重建。“我们无法达到月球表面的完全真空水平，”福特说，“我无法模拟月球重力。”

月球尘埃在真实的月球上的行为可能会有所不同——EDS也是如此。将EDS放入这些所谓的脏舱室提供了极具价值的测试数据，但对布勒来说，“真正的测试是在月球本身。”他说。 

幸运的是，EDS已经比下一批阿尔忒弥斯宇航员先一步到达了目的地。

近年来，各种私营、无人航天任务以不同程度的成功造访了月球。2025年1月，作为NASA商业月球有效载荷服务计划的一部分，萤火虫航空航天公司向月球表面发射了一艘宇宙飞船。

其着陆器名为“蓝幽灵任务1号”，于3月安全降落在月球上，使萤火虫公司成为第一家实现这一壮举的商业公司。

作为其科学仪器套件的一部分，该着陆器配备了EDS。而且，当EDS启动时，布勒的团队可以清楚地看到月球尘埃从多个玻璃和热辐射器表面被清除。

毫无疑问：EDS在真实的月球上起作用了。我问布勒发现这一点是什么感觉。“噢，你无法想象，”他笑着说，“为此努力了20年，终于看到它开花结果……这太棒了。这首先是一种如释重负的感觉。” 

虽然EDS的下一次正式使用——例如在即将到来的阿尔忒弥斯任务中——尚未确定，但已有多个行业合作伙伴竞相在其技术上使用NASA的除尘盾，包括新一代月球车。

“几乎所有即将到来的月球和火星任务都对EDS有着巨大的需求，”布勒说。

EDS不会是NASA部署来保护阿尔忒弥斯宇航员免受尘埃灾难的唯一工具。但它看起来将成为他们的第一道防线。“我们花了一段时间才让它起作用，”布勒说，“但是，”他笑着补充道，“我们成功了。”