月球大气极其稀薄且无全球性磁场,是探索无大气无磁场天体与空间离子体相互作用的天然实验室。对月球空间环境中粒子和能量的传输及关联过程的研究,有助于人们更清楚地认识月球空间环境,提高月球空间天气预报的准确性,保障探月任务顺利实施。其中,月球水资源是建立月球基地的必要条件之一,并且对月球水资源的探测和研究有助于深入理解月球及其他类似天体的形成与演化。空间等离子体轰击月表,在月壤外部产生能量中性原子,同时在月壤内部生成水,二者联系紧密且有一定的相互作用。本论文通过重点研究等离子体轰击月表时产生的能量中性原子和月球水,探索月表与空间等离子体环境的相互作用过程:（1）对于能量中性原子（Energetic neutral atoms,ENA）,前人工作表明,太阳风入射角、等离子体环境变化以及月表磁异常是影响能量中性原子产生的主要因素。然而,以往的能量中性原子研究均是基于绕月观测数据,缺少对同一地区的持续观测,因此能量中性原子的日变化尚不清楚;此外,轨道观测数据空间分辨率较低且探测区域较大,因此无法研究月表地形及物质成分对能量中性原子的影响。基于嫦娥四号中性原子探测仪（The Advanced Small Analyzer for Neutrals,ASAN）的数据,本文利用2019年1月11日至2020年10月12日的23个月昼观测的ENA能谱,发现在晨侧观测的ENA微分通量高于昏侧。结合ARTEMIS卫星数据的分析结果显示,ENA微分通量在晨昏侧与太阳风通量、密度以及动压均呈正相关;然而在相同的太阳风能量下,ENA的截止能量和温度在昏侧均低于晨侧。这说明ENA观测的晨昏不对称性可能由太阳风与位于嫦娥四号着陆点附近的月球磁异常相互作用造成,其形成的微磁层导致了太阳风的偏转和减速。此外,结合搭载在玉兔二号巡视器上的红外成像光谱仪数据,尝试研究了月表地形及物质成分对ENA的影响,初步结果显示纳米铁含量较高的区域ENA通量较弱,然而其微观物理机制有待深入研究。（2）月球水来源之一是太阳风质子与月壤的相互作用,当月球穿越地球磁层时,等离子体环境发生变化,粒子种类及能量有别于太阳风携带的等离子体,然而不同粒子种类及能量对月球水的影响等问题尚不明确。在以往月球水形成机制的研究中,大多只对月球遥感光谱或实验室样品开展研究,并未结合多卫星联合观测数据。本文利用搭载在Chandrayaan-1卫星上的月球矿物绘图仪（Moon Mineralogy Mapper,M3）数据,结合Kaugya卫星观测的等离子体数据,分别研究了月球在地球磁层内外时中高纬度月球水的空间分布。结果表明月球水随纬度的增加而增加,纬度、成分和月球地方时相近时,在太阳风和磁层中表面水含量基本保持在同一水平。这表明,中高纬度的月球水可能是饱和的,或存在其他可能的来源,如地球风（来自磁层的粒子,与太阳风不同）,从而补偿月球水在地球磁层内的热扩散损失。该工作表明行星风充当了连接行星和卫星的桥梁,为行星-卫星系统的研究提供了新的思路。此外,结合Kaguya卫星数据尝试研究了随着磁层内等离子体环境变化时,月球水含量的变化,初步结果表明磁层等离子体片粒子可能对月球水的产生有一定的促进作用,然而其中的物理机制还需进一步研究;同时,也尝试结合ARTEMIS卫星数据统计了磁层内地向流和尾向流的发生率及平均通量,将实测数据代入基于蒙特卡罗模拟的月球水分子迁移模型,探究地向流和尾向流对月球水的影响,初步结果表明太阳风、地球风、地向流以及尾向流产生的月球水分子均会在晨线处累积,地向流产生的水分子在昏线处积累。综上,本文通过多卫星联合观测,对等离子体与月表相互作用时在月表内外产生的两种物质进行了研究,对月表同一地区的能量中性原子的持续观测研究发现能量中性原子的晨昏不对称性是太阳风与磁异常相互作用造成,并首次计算了月表磁异常产生的静电势,填补了能量中性原子研究的空白。对月球水在磁层内的观测研究发现地球风也是月球水的来源之一,不仅为数值模拟和实验室模拟月球水的产生过程提供了参考,还能进一步完善对磁层粒子物质循环以及能量转化输运过程的理解,推动对地月系统相互作用的认识。本文的结果促进了对空间等离子体与月表相互作用的微观物理机制的理解和认识,对研究无大气无磁场天体与等离子体相互作用具有广泛的参考价值,为我国后续探月任务例如国际月球科研站提供理论参考。