13家科研機構(gòu)共分17.4764克月球樣品，研究月壤有什么用

撰文/張?zhí)锟保▽谧髡撸?/p>

編輯/吉菁菁 圖源/視覺中國

7月12日，國家航天局舉行了嫦娥五號任務(wù)第一批月球科研樣品發(fā)放儀式，標(biāo)志著月球樣品科學(xué)研究工作正式啟動。首批發(fā)放的月球科研樣品共17.4764克，共發(fā)放給13所科研機構(gòu)的31份申請。其中光片樣6個157.6毫克，巖屑樣13個868.8毫克。

▲第一批月球科研樣品發(fā)放儀式上，13家科研機構(gòu)一共獲得31份樣品，標(biāo)志著月球樣品的科學(xué)研究正式啟動。

此前，中國23家科研機構(gòu)遞交了85份月壤的申請研究，其中原因當(dāng)然不僅僅是研究月壤的機會珍貴。一個根本性的問題是，研究月壤有什么用？

古希臘哲學(xué)家亞里士多德可能已經(jīng)用一句話回答了這個問題：人的本性是“為知而知、為智慧而求智慧”——而“為知而知”的最大研究和學(xué)問之一，就包含了宇宙星球形成的奧秘，當(dāng)然，研究月壤還有為人類服務(wù)和實用的成分，如月壤的組分有哪些，是否像土壤一樣能進行耕作，以及月壤中是否有礦，有無制造人類所需產(chǎn)品的稀有元素和物質(zhì)等。

▲2021年3月2日，公眾在國家博物館近距離觀看100克月壤實物。

具體而言，此次獲得月壤份量的研究單位有：中科院地質(zhì)與物理研究所5520.3毫克，中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所2052毫克，中科院國家空間科學(xué)中心500毫克，中山大學(xué)500毫克，中科院廣州地球化學(xué)研究所297.8毫克，中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）200毫克，中國地質(zhì)大學(xué)（北京）141.2毫克，中科院南京地質(zhì)古生物研究所88毫克，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)81.1毫克，核工業(yè)北京地質(zhì)研究所50毫克，中科院地球化學(xué)研究所30毫克，中科院紫金山天文臺16毫克。

這些機構(gòu)分別研究太空風(fēng)化作用、太陽風(fēng)注入和撞擊殘留物的研究，推進對月球乃至太陽系演化歷史的認(rèn)識；月球上的撞擊的歷史和撞擊的過程；月巖樣品的金屬元素同位素分析，揭示月球的成分演化歷史；尋找隕石撞擊的殘片信息；研究月壤中揮發(fā)分的含量，檢驗月球大碰撞理論。

月球是離地球38.4萬千米的一個衛(wèi)星，質(zhì)量僅有地球的1/81分，半徑約是地球的1/4。月球在繞地球公轉(zhuǎn)的同時進行自轉(zhuǎn)，周期都是27.3日，正好是一個恒星月，所以地球上的人看不見月球背面，因而對月球的了解太少。

關(guān)于月球的起源，正如地球的起源一樣有多種假說。共振潮汐分裂說是較早期的一種假說，即月球是從地球分離出去的。持這種理論的代表人物有著名生物學(xué)家達爾文的兒子喬治·達爾文，他寫的《太陽系中的潮汐和類似效應(yīng)》一文就持這種觀點。如果認(rèn)為月亮是從地球分離出去的，研究月壤就有可能得出這一假說是否屬實，因為月壤和土壤的成分應(yīng)當(dāng)基本相同，但經(jīng)對比，此前美國航天局的阿波羅12號宇宙飛船從月球上帶回來的巖石樣本與地球樣品相距甚遠(yuǎn)。

僅從外觀來看，嫦娥五號獲取的月壤與阿波羅12號獲取的月壤樣品并不一樣，顯得非常細(xì)。肉眼看到的月壤像黑色的沙土，但顆粒更細(xì)，并且干燥無水分。此外，在顯微鏡下看到的月壤又不一樣，不僅有色彩，形狀也各不相同。

事實上，這種外觀上的不同并不能說明嫦娥五號獲取的月壤與阿波羅12號獲取的月壤有本質(zhì)上的不同，還需要從化學(xué)和物理的角度對月壤進行細(xì)致研究，才能得出結(jié)論。而且，現(xiàn)在看到的月壤較細(xì)也是因為月球的特殊情況所造成。

月球表面環(huán)境非常惡劣，在太陽光照射時溫度達到160攝氏度，在沒有太陽光照的時候，是零下180攝氏度，有340攝氏度左右的溫差。巨大的溫差導(dǎo)致巖石反復(fù)經(jīng)歷熱脹冷縮，就會崩解掉而形成細(xì)沙和細(xì)壤。同時，很多小天體、小的碎塊會撞擊月球表面，也造成了月壤破碎和較細(xì)。由于月球表面沒有磁場，太陽風(fēng)能夠直接轟擊作用于月球表面的巖石，日積月累也會使巖石破碎甚至粉末化。

所以，要論證月球的起源，還需要對其進行月壤的化學(xué)分析，即便它很細(xì)，如果源自地球，也應(yīng)當(dāng)與土壤的成分相似。如果月壤原來的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物的關(guān)系跟玄武巖一樣，包括橄欖石、玻璃、斜長石和輝石，就有可能說明月球源自地球。而且，目前對月壤的研究只是研究表取樣品，后續(xù)還要研究鉆取樣品，才能有更全面的了解月球并獲得比較科學(xué)的答案。如果能對月壤中的放射性核素含量進行分析，還可以獲得對月壤同位素組分，及其形成年代的判定。

另一方面，月球的撞擊成因說現(xiàn)在得到了更多的認(rèn)同。撞擊成因說也被稱為“大碰撞分裂說”，這一假說認(rèn)為，地球早期受到一個火星大小的天體撞擊，撞擊碎片（即兩個天體的硅酸鹽幔的一部分）最終形成了月球。

撞擊成因說可以合理地解釋地月系統(tǒng)的基本特征，如地球自轉(zhuǎn)軸的傾斜與自轉(zhuǎn)加速、月球軌道與地球赤道面的不一致、月球是太陽唯一的與主行星質(zhì)量比為1/81的衛(wèi)星、月球富含難熔元素而缺少揮發(fā)性元素和親鐵元素、月球的密度比地球低以及月球形成初期曾產(chǎn)生過廣泛熔融、存在過巖漿等事實。

但是，2006年，歐洲航天局的裝備了高清晰度微型攝像機、紅外線及X射線分光計等最新探測設(shè)備的智能1號探測器幫助科學(xué)家第一次獲得了月球表面包括鈣和鎂在內(nèi)的一些化學(xué)元素的含量數(shù)據(jù)，描繪了月球元素和礦物分布的最詳細(xì)地圖，同時觀察了神秘的月球極點，并調(diào)查了未來值得探索的區(qū)域。當(dāng)時認(rèn)為，月球極點可能存在固態(tài)水。但是，這些證據(jù)也還不能完全解釋月球的撞擊成因說。

現(xiàn)在對中國的嫦娥五號帶回的月壤進行研究，可以進一步弄清月球的起源，而且能了解月球是否有人類所需要的富礦。因此，研究月壤就不僅“是為知而知”，更能獲得有用的知識，具有實用價值，這些就是研究月壤的根本原因。

參考文獻

1.“月球土特產(chǎn)”刷屏！長啥樣？央視，2021年7月13日

https://news.sina.com.cn/c/2021-07-13/doc-ikqcfnca6669026.shtml

2.SCIENCE,2005-01-07,Special Issue 125th Anniversary,01 JULY 2005,VOL 309,ISSUE 5731

https://science.sciencemag.org/content/309/5731

出品：科普中央廚房

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