珍稀的月球“泥土”：探索月壤的不凡價值

嫦娥六號凱旋，帶回月球背面的珍稀“土特產(chǎn)”！這是人類首次月背采樣返回，每一粒土壤都承載著月球深處的秘密與寶藏。為何世界上的航天大國都以從月球取一捧土為目標(biāo)？這些灰色的土壤有何利用價值？

一、1克月壤的來歷

上世紀(jì)60-70年代，二戰(zhàn)后迅速發(fā)展成兩個超級大國的美國和蘇聯(lián)將爭霸目標(biāo)鎖定在了距地球38萬千米之外的地球唯一的衛(wèi)星——月球。一系列用于登陸這顆星球的黑科技被發(fā)明出來，并用于探索月球的工程實踐中。現(xiàn)如今我們看到一大批曾經(jīng)用于登月的笨重的航天器就是那個年代的“神作”。在那場月球爭霸賽中，美國一共帶回382千克月壤和月巖，其中1972年的阿波羅17號任務(wù)中，宇航員一次就把110.5千克月球樣品帶回地球。

相對于美國宇航員開著月球車在月球表面取樣的熱鬧場面，利用兩臺“澡盆形狀”的機器人精確取樣的蘇聯(lián)則顯得“彬彬有禮”了許多。完全依靠自動化完成取樣返回的蘇聯(lián)人共為人類“月球返回樣品”大家庭貢獻了301克月壤。時至今日，能夠獨立探索地外天體依然被視作世界上科技強國王冠上的寶石。伴隨著一次又一次震撼人心的火箭發(fā)射，集人類智慧之大成的各類探測設(shè)備被送往地外世界。

1978年5月時任第39任美國總統(tǒng)的吉米·卡特派遣國家安全事務(wù)助理布熱津斯基訪華，意在打破當(dāng)時中美兩國隔閡的局面。老布此行除了將一面據(jù)說被帶上過月球的五星紅旗，還有重1克由阿波羅17號登月宇航員采到的月巖贈送給中國政府。這份珍貴的樣品后被分成兩部分，其中0.5克用于科普被北京天文館收藏，我國的天體化學(xué)家歐陽自遠院士則將另外的0.5克用于科學(xué)研究，并拉開了中國人月壤研究的序幕。

二、月壤的起源

（這是在中國國家博物館拍攝的月球樣品001號。新華社記者 金良快 攝）

眾所周知，月球作為地球的衛(wèi)星使地球免受宇宙中小天體的威脅而功不可沒。月球表面也因此變得凹凸不平，形成許多由于隕石撞擊而形成的環(huán)形坑地貌。根據(jù)月球采樣的實驗室研究結(jié)果和環(huán)繞月球的軌道探測器的遙感數(shù)據(jù)解譯，現(xiàn)今的月球表面月壤平均厚度為4到5米。形成這樣的厚度，科研人員們猜測其起源主要有以下兩種：

松散粘性土假說 由于在真空條件下塵埃粒子表面沒有氧化膜，所以需要考慮塵埃粒子接觸處的粘性。月球表面月壤結(jié)構(gòu)松散，在上層月壤重力和隕石頻繁撞擊的影響下，越往深處月壤越密實。

大塊礦物構(gòu)成月壤 月貌是由于隕石撞擊而形成的。在隕石撞擊過程中形成了大量的碎屑物質(zhì)層，這種物質(zhì)層在撞擊坑坑唇附近的厚度為10米－100米，在撞擊坑之間區(qū)域的厚度達到1m。在這種情況下，月壤表層是由松散多孔的物質(zhì)構(gòu)成，這些物質(zhì)是由隕石頻繁撞擊產(chǎn)生的。

月球表面沒有地球上的風(fēng)化和流水侵蝕作用。由于沒有濃密大氣層保護，月面的物質(zhì)完全暴露在太陽輻射面前。宇宙高能輻射及太陽風(fēng)粒子的不斷撞擊、巨大的月球晝夜溫差等因素加速了月球表面巖石的碎化。伴隨著月殼地質(zhì)活動，經(jīng)過億萬年演化，月球表面覆蓋了厚厚的塵埃，從而形成了月壤。

與地球上大部分富含微生物和水分的“土壤”不同，月壤干燥而成粉末狀。根據(jù)阿波羅系列探測任務(wù)、月球探測任務(wù)、嫦娥探月計劃得到的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，月壤及月巖的化學(xué)組成主要是硅、鎂、鋁、鈣、鐵、錳、鎳等14種元素的氧化物。月壤的密度約每立方厘米1.5克，月壤中的礦物碎屑主要為橄欖石、斜長石、輝石、鈦鐵礦、尖晶石、玄武巖、斜長巖、橄欖巖、蘇長巖、角礫巖碎屑、熔融巖、微角礫巖、撞擊玻璃、火成碎屑玻璃等。您瞧！看似簡單的月壤其化學(xué)成分、巖石類型和礦物組成非常復(fù)雜。

三、月塵對探索月球的影響

月塵是月壤的主要成分。月塵一般直徑約10微米，就是這樣小的粗糙塵埃卻會對宇航員及深空探測設(shè)備的供電及機械構(gòu)件造成長期不可逆轉(zhuǎn)的影響：由于月塵的附著及黏滯特性，宇航員所穿戴的宇航服關(guān)節(jié)部位可能出現(xiàn)活動困難；月球車動力及機械臂連接部會因大量帶靜電月塵的附著而失靈；繞月飛行的軌道探測器太陽能電池帆板因長期與大量月球塵埃碰撞摩擦而使其功率受到較大影響。

月塵以不僅在微觀，而更多表現(xiàn)在宏觀方面的作用方式影響著人類開展月球探測的節(jié)奏。不僅如此，月塵在月球物理場及地質(zhì)學(xué)研究中也正在扮演著“示蹤體”的重要角色。由于月塵在月球表面的廣泛而多層分布的特性，科研人員得以利用這類特性來構(gòu)建諸如：月球靜電場分布、月球局部磁場特性、月球大氣密度及分布等“隱形”月球物理場模型。

四、建造月球基地

人類為了了解地球之外世界的奧秘付出了巨大努力。通過建造光學(xué)天文望遠鏡、射電望遠鏡等各類望遠鏡窺探宇宙在各個波段中的樣子，我們所處周圍宇宙空間正在變得立體而清晰。通過發(fā)射各類探測器，太陽系內(nèi)的行星以及他們的衛(wèi)星的神秘面紗逐漸被揭開。在這些星球上，我們將更加清晰且沒有人為干擾地開展更多探索性實驗和觀測，更加準(zhǔn)確的了解周圍的宇宙世界。從地球唯一的衛(wèi)星——月球上回望地球，我們可以對我們的藍色家園的臨近空間環(huán)境以及大氣圈層進行不間斷的監(jiān)測。

地球作為呵護生命的搖籃在庇護和養(yǎng)育地球生物的同時，賜予了我們走向遠方的契機。經(jīng)過23年的建造和運營，人類利用國際空間站完全掌握了在近地軌道上生活工作的本領(lǐng)。月球和火星成為我們施展基建本領(lǐng)的新大陸。在徹底解決宇宙輻射、飲食自給、生理極限等一系列困擾人類在地外天體上生存難題之前，我們需要利用機器人繼續(xù)為我們搜集更多科學(xué)資料供研究，以學(xué)習(xí)更多地外生存知識。也許我們會通過建造月球空間站以“近在咫尺”的方式繼續(xù)觀察這個即將登陸的世界。為了能在月球上就地取材制造建筑材料甚至是科學(xué)儀器，科研人員與工程師聯(lián)手對月壤正進行著前所未有的研究。目標(biāo)是通過3D打印技術(shù)將月壤變成有人值守月球基地的建筑部件，從而擺脫從地球向月球運送建筑材料的繁重而又昂貴的勞動。

看上去并不起眼的灰色月壤不僅能為我們“遮（太陽）風(fēng)擋（隕石）雨”，還可以為我們提供清潔能源，甚至是水源。通過大量月球全球光譜數(shù)據(jù)以及月球樣品的分析，月壤中富含氦3等可利用的未來能源。當(dāng)然，就目前人類掌握的知識，完全掌握提取或高效的就地利用這些資源的技術(shù)我們尚需時日。