太阳风离子辐照下水星硫化物的表面响应

MESSENGER 任务揭示水星表面具有出乎意料的高硫含量，这与月球表土不同，而后者直到最近仍被认为是水星的良好类似物。水星暴露于陨石撞击和太阳风溅射等高能空间风化过程，表明这种高硫浓度应反映在水星外逸层的超热硫粒子群中。紫外光谱法尚未检测到外逸层硫，这一结果主要归因于其较低的辉光因子。未来 BepiColombo 的质谱分析仪对外逸层硫的检测取决于外逸层中的硫丰度。在常见硫化物陨硫铁（FeS）中观察到了辐射诱导偏析，FeS 是返回的月球样品、陨石和小行星中的一种组成矿物，其中产生的金属覆盖层预计会减少硫向水星外逸层的喷射。本文中，我们研究了与水星相关的硫化物的辐照响应。用太阳风速度的 2 keV H$_2^+$ 或 4 keV He$^+$ 辐照陨硫镁石（MgS）和陨硫钙石（CaS），并使用 XPS 微探针进行了随注量变化的原位成分与化学键分析。MgS 和 CaS 均未表现出可检测的损伤诱导偏析，而是在辐照下达到了接近体相的金属与硫比。基于这一发现、结构信息及文献分析，我们推断超过约 3.2 \AA{} 的 S-S 阴离子间距抑制了辐射诱导的硫耗竭并促进了化学计量溅射。因此，我们预测水星硫化物中不会发生阳离子（金属）表面偏析，且 TiS、CrS 以及 Ca-Mg 硫化物中也不会因金属覆盖层形成而减少超热硫发射。这种与水星相关硫化物的抗辐射硬度是新颖且出乎意料的，应有助于 BepiColombo 任务在水星外逸层中的检测。