飛向月球“挖土”去

□火星叔叔鄭永春

什么是月球采樣？

簡單來說就是到月球上去“挖土”并帶回地球。通過地基天文望遠鏡對月觀測、太空望遠鏡和環(huán)月衛(wèi)星的遙感探測，以及無人駕駛月球車和阿波羅宇航員的月表巡視勘查，目前已經(jīng)知道幾乎整個月球表面都覆蓋著一層細粉狀的風化物質(zhì)——月壤（Lunar Regolith）。

月壤是人類用于研究月球的樣本，實際上月壤指的不僅僅是月球上的土壤（Lunar Soil），還包括臥或埋于粉狀風化物中的直徑數(shù)米的巖石。由于長期的小天體撞擊，大塊的基巖僅暴露于陡峭的山脈、撞擊坑和火山通道的峭壁等處。

在人類的探月歷史上，有很多航天大國都曾到月球采樣。1969年7月至1972年12月，美國通過阿波羅11號到阿波羅17號載人飛船實施了7次載人登月任務(wù)，共帶回月壤和月巖樣品約381.7千克。而現(xiàn)在科學(xué)家對采集的月球樣品進行的分類，就是依據(jù)當時處理阿波羅號帶回月球樣品所采用的分類方法。

月壤的種類是按照粒度大小進行分級篩選的，共分成＞1cm、1cm～4mm、4mm～2mm、2 mm～1mm和＜1mm幾個部分。顆粒直徑≥1cm的部分在研究工作中被當作巖石樣品來進行研究，稱為月巖（Lunar Rocks）；顆粒直徑＜1cm的部分當作土壤樣品對待，按習(xí)慣也稱為月壤，即狹義上的月壤（Lunar Soil）；其中顆粒直徑＜1mm的部分是整個月壤樣品的主要組成部分，在大部分月壤樣品中占總重量的90%以上。實際上，不管是月巖還是月壤，都采自月球的風化層。

那么科學(xué)家為什么要費這么多功夫去研究月壤呢？

月壤是從月球固體巖石圈到太陽系空間的過渡帶，包含著相關(guān)區(qū)域的大量信息。月壤的研究不僅涉及月球本身，而且還包含太陽系空間的物質(zhì)和能量的重要信息。對月壤層和月壤樣品的深入研究可提供豐富信息。

這些信息包括：太陽系早期演化的歷史記錄；月巖和月壤的宇宙線暴露與輻照歷史；月球中揮發(fā)分的脫氣歷史；太陽風的組成和太陽表層的成分特征；小天體和微隕石撞擊月球的歷史記錄，進而推斷地球遭受小天體撞擊的歷史；月殼巖石圈的組成和分布特征，這對研究月球乃至地月系的演化歷史具有重要意義。

阿波羅16號取回的月球巖石樣本。

60016是阿波羅16號任務(wù)采集的樣品，是一塊易碎的、灰色的角礫巖。巖石孔隙度較大，有很多淺色和黑色的碎屑斑晶，代表不同的巖石和礦物。

除科學(xué)意義外，月壤還含有豐富的資源，包括：稀有氣體等氣體成分（特別是可用于可控核聚變的燃料氦-3）、鈦鐵礦、克里普巖（KREEP Rocks，富含K、REE和P）等礦物資源。

由于月壤處于月球的最表層，具有松散、非固結(jié)、細顆粒和易于開采的特點，是未來月球基地建設(shè)、采礦、修路、資源提取的首選目標。在可預(yù)見的相當長的時間內(nèi)，月壤的經(jīng)濟價值遠高于下伏的基巖。因此，對月壤的精細研究，可提供月球資源開發(fā)利用前景的重要信息，并為月球基地的選址提供重要的科學(xué)依據(jù)。

需要說明的是，目前所謂的月球資源，是指對地球上的人類具有潛在的開發(fā)價值，還不具備商業(yè)開發(fā)的價值。但是，利用月壤在月球上就地生產(chǎn)一些建筑材料、結(jié)構(gòu)部件、鋪設(shè)路面、生產(chǎn)氧氣和水等，對于人類在月球上的長期居留是十分必要的。由于地球和月球之間運輸費用十分昂貴，月壤資源的就地開發(fā)利用，可以大大減少從地球上運到月球的運貨量，從而降低經(jīng)費投入。

親愛的小讀者們，你們也想登月球挖“月壤”？就讓我們一起靜靜地等候“嫦娥五號”的好消息吧。

嫦娥工程簡介

在2006年2月由國務(wù)院發(fā)布的《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020）》中，第一次明確將“載人航天與探月工程”列入了國家16個重大科技專項之一。按照工程規(guī)劃，“嫦娥工程”分為“繞”“落”和“回”三步走。

2007年和2010年，我國發(fā)射了“嫦娥1號”和“嫦娥2號”，這兩顆衛(wèi)星都是月球軌道器，實現(xiàn)了“繞”的第一步驟；5年前的2013年，“嫦娥3號”在虹灣降落成功，并釋放月球車；“嫦娥4號”的任務(wù)是搭載相應(yīng)的科學(xué)設(shè)備，將在人類歷史上首次在月球背面開展低頻射電天文觀測。而通過“嫦娥5號”，將進一步實現(xiàn)“回”，即月面無人取樣返回的目標。

月面采樣過程

1.著陸器會在月面采集巖石和月壤樣本并交給上升器。

2.上升器帶著樣品從月面點火起飛，與在繞月軌道上待命的返回器對接。

3.返回器收到樣本后，會在軌道器的助力下再次進入月地轉(zhuǎn)移軌道，大約3～4天后回到地球。