廣寒宮“土特產(chǎn)”——解鎖月球背面的奧秘

2024年6月25日，內(nèi)蒙古四子王旗的草原上，一個(gè)被燒蝕得斑駁的"子彈頭"狀物體緩緩降落。這是嫦娥六號(hào)返回器，攜帶著1935.3克來(lái)自月球背面南極-艾特肯盆地的月壤樣品，完成了人類(lèi)首次月球背面采樣返回任務(wù)。這些看似普通的"土特產(chǎn)"，實(shí)則是破解月球演化之謎的鑰匙，每一粒都承載著太陽(yáng)系早期的密碼?？茖W(xué)家通過(guò)高分辨率電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，部分月壤顆粒表面存在微米級(jí)的熔融層，這是小行星撞擊時(shí)瞬間高溫的產(chǎn)物，為研究太陽(yáng)系撞擊歷史提供了微觀證據(jù)。

2024年5月3日，長(zhǎng)征五號(hào)遙八運(yùn)載火箭托舉著嫦娥六號(hào)探測(cè)器升空，開(kāi)啟了為期53天的太空之旅。作為嫦娥五號(hào)的備份探測(cè)器，嫦娥六號(hào)不僅繼承了采樣返回的核心能力，更突破了月球逆行軌道設(shè)計(jì)、月背智能采樣等關(guān)鍵技術(shù)。其著陸點(diǎn)選擇在月球背面最大的撞擊盆地——南極-艾特肯盆地，這里被認(rèn)為是月球最古老、最深的"傷痕"，保存著月殼深部物質(zhì)的珍貴樣本。該盆地直徑約2500公里，深度達(dá)13公里，其形成時(shí)產(chǎn)生的能量相當(dāng)于300萬(wàn)億噸TNT當(dāng)量，足以將月殼撞穿，暴露出月幔物質(zhì)。為實(shí)現(xiàn)精確著陸，探測(cè)器采用激光三維成像技術(shù)，在距月面100米高度構(gòu)建地形圖譜，避開(kāi)直徑大于2米的障礙物。

6月2日，嫦娥六號(hào)成功著陸月背，其機(jī)械臂在短短數(shù)小時(shí)內(nèi)完成了智能快速采樣。不同于月面的平坦月海，月背布滿(mǎn)溝壑與懸崖，采樣過(guò)程充滿(mǎn)挑戰(zhàn)。機(jī)械臂采用六自由度關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)，末端搭載的鉆取采樣器可在月面鉆進(jìn)2米深的巖層。通過(guò)表取和鉆取相結(jié)合的方式，采集到玄武巖、角礫巖、玻璃物質(zhì)等多樣化樣本。特別值得關(guān)注的是，在鉆取樣本中發(fā)現(xiàn)了疑似月幔橄欖石的礦物顆粒，這將為研究月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供直接證據(jù)。科研團(tuán)隊(duì)在分析過(guò)程中采用了原位X射線衍射技術(shù)，在真空環(huán)境下對(duì)樣本進(jìn)行成分分析，確保數(shù)據(jù)的原始性。

通過(guò)對(duì)嫦娥五號(hào)樣品的分析，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)月球在19.6億年前仍存在巖漿活動(dòng)，將月球地質(zhì)壽命延長(zhǎng)了10億年。嫦娥六號(hào)的樣本進(jìn)一步揭示，月背的火山活動(dòng)持續(xù)至28億年前，且存在42億年前的古老玄武巖，表明月球內(nèi)部活動(dòng)遠(yuǎn)比此前認(rèn)知的更為持久。最新研究顯示，月背玄武巖中鈦鐵礦含量高達(dá)25%，這一發(fā)現(xiàn)顛覆了傳統(tǒng)認(rèn)為月背物質(zhì)貧鈦的認(rèn)知，暗示月背可能存在獨(dú)特的巖漿演化路徑。中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所團(tuán)隊(duì)通過(guò)同位素定年技術(shù)，確定這些玄武巖形成于39億年前的雨海紀(jì)，比此前認(rèn)為的早了3億年。

南極-艾特肯盆地的撞擊事件發(fā)生于42.5億年前，幾乎與太陽(yáng)系形成同步。研究顯示，該盆地的形成可能觸發(fā)了月球全球性的熱事件，為太陽(yáng)系早期撞擊歷史提供了"宇宙時(shí)鐘"。中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所團(tuán)隊(duì)通過(guò)分析嫦娥六號(hào)帶回的角礫巖樣本，發(fā)現(xiàn)其中含有來(lái)自不同地質(zhì)時(shí)期的巖石碎片，這些碎片如同"時(shí)間膠囊"，記錄了月球從形成到現(xiàn)在的關(guān)鍵地質(zhì)事件。特別值得關(guān)注的是，在角礫巖中發(fā)現(xiàn)了含有地球成分的礦物包裹體，這可能是地球早期遭受撞擊時(shí)飛濺到月球的物質(zhì)，為研究地月物質(zhì)交換提供了珍貴樣本。

嫦娥六號(hào)任務(wù)搭載了法國(guó)氡氣探測(cè)儀、歐空局負(fù)離子探測(cè)儀等4個(gè)國(guó)際載荷，展現(xiàn)了中國(guó)航天的開(kāi)放姿態(tài)。例如，法國(guó)團(tuán)隊(duì)通過(guò)分析月壤中的氡氣衰變，研究月球內(nèi)部熱量釋放；意大利的激光反射鏡則為精確測(cè)量地月距離提供支持。特別值得一提的是，德國(guó)團(tuán)隊(duì)在嫦娥六號(hào)樣品中發(fā)現(xiàn)了碳質(zhì)球粒隕石成分，這為研究太陽(yáng)系物質(zhì)遷移提供了新證據(jù)。目前，中國(guó)已向47個(gè)國(guó)內(nèi)單位分發(fā)嫦娥五號(hào)樣品，向12個(gè)單位分發(fā)嫦娥六號(hào)樣品，其中包括美國(guó)、俄羅斯等國(guó)的科研機(jī)構(gòu)。美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的科學(xué)家通過(guò)分析中國(guó)提供的月壤樣本，發(fā)現(xiàn)其中含有太陽(yáng)系早期形成的揮發(fā)性有機(jī)物，這對(duì)研究地球生命起源具有重要意義。

隨著嫦娥六號(hào)樣品研究的深入，更多科學(xué)突破正在涌現(xiàn)。例如，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)月背月壤中氦-3含量高達(dá)2.6ppm，是月球正面的3倍。這種清潔能源若用于核聚變，100噸氦-3即可滿(mǎn)足全球一年的能源需求。目前，中國(guó)正在研發(fā)氦-3分離技術(shù)，計(jì)劃在2030年前建成首座月球氦-3開(kāi)采試驗(yàn)站。此外，月背古磁場(chǎng)研究顯示，月球磁場(chǎng)在28億年前曾出現(xiàn)"回彈"現(xiàn)象，這可能與月球內(nèi)核的結(jié)晶過(guò)程有關(guān)，為理解地月系統(tǒng)演化提供了新視角。最新發(fā)表在《自然·地球科學(xué)》的論文指出，嫦娥六號(hào)樣品中的玻璃珠含有揮發(fā)性物質(zhì)，暗示月球內(nèi)部可能存在水的原始儲(chǔ)存庫(kù)。這些玻璃珠是撞擊熔融形成的，內(nèi)部包裹的水含量高達(dá)0.5%，這一發(fā)現(xiàn)打破了月球極度干燥的傳統(tǒng)認(rèn)知。

中國(guó)探月工程并未止步于此。嫦娥七號(hào)、八號(hào)任務(wù)已在規(guī)劃中，將聚焦月球極區(qū)水冰探測(cè)與科研站建設(shè)。嫦娥七號(hào)將攜帶月球車(chē)，在南極永久陰影區(qū)尋找水冰存在的直接證據(jù)；嫦娥八號(hào)則計(jì)劃在月球背面建立國(guó)際月球科研站的基本框架。這些任務(wù)將使用更先進(jìn)的鉆探技術(shù)，目標(biāo)獲取更深層的月巖樣本，為月球地質(zhì)歷史建立更完整的時(shí)間線。值得關(guān)注的是，嫦娥八號(hào)將搭載中國(guó)首臺(tái)月球中子譜儀，用于探測(cè)月球表面氫元素分布，這對(duì)尋找水冰資源至關(guān)重要。此外，科研站將配備月球激光通信終端，實(shí)現(xiàn)地月間高速數(shù)據(jù)傳輸，速率可達(dá)10Mbps。

嫦娥六號(hào)帶回的月壤，不僅是中國(guó)航天的里程碑，更是人類(lèi)探索宇宙的重要一步。這些看似普通的土壤，正改寫(xiě)著我們對(duì)月球、太陽(yáng)系乃至地球的認(rèn)知。正如科學(xué)家所言："每一粒月壤都是時(shí)光膠囊，承載著數(shù)十億年的宇宙記憶。"隨著研究的深入，月球背面的奧秘將逐一揭曉，而中國(guó)航天，正以堅(jiān)實(shí)的步伐邁向更遙遠(yuǎn)的星辰大海。目前，中國(guó)已啟動(dòng)"月球基地2040"計(jì)劃，目標(biāo)在2040年前建成可長(zhǎng)期駐留的月球科研基地，為人類(lèi)登陸火星提供技術(shù)儲(chǔ)備。