月球上挖回來的“土”

李云鳳

月球，地球唯一的自然衛(wèi)星。它的引力主宰著海洋潮汐的起落，它的微光決定著夜間生物的命運(yùn)。月球究竟“活”了多少時(shí)間，很少有人能說得清楚。科學(xué)家們一直在關(guān)注。

2020年12月，嫦娥五號(hào)帶著1731克月球巖石樣本返回地球。2021年7月，部分樣本分31份發(fā)放給了13家科研機(jī)構(gòu)。月壤由探月工程地面應(yīng)用系統(tǒng)的承擔(dān)單位——中科院國(guó)家天文臺(tái)負(fù)責(zé)保管，用來展示的月壤樣品，直觀地看它就是黑乎乎的一片。但是，如果我們把它放到一個(gè)高倍顯微鏡下，我們就會(huì)看到一個(gè)五彩斑斕的世界。

探月工程三期副總設(shè)計(jì)師、地面應(yīng)用系統(tǒng)總師李春來表示，在顯微鏡下放大10倍以后，我們可以看到一些月塵顆粒本身的特性就不是黑色的了，不同的礦物就會(huì)顯示出不同的顏色，比如說黃綠色的一般來講是橄欖石，白色的一般是硅酸鋁鈉鈣這樣的礦物，琥珀色的很多是玻璃。月球上的玻璃至少有兩種形式的來源，一種是在玄武巖就是巖漿噴出來的時(shí)候就變成了玻璃，這種叫火山玻璃。后面再受到一些小天體的撞擊，撞擊過程中產(chǎn)生了很高的溫度，使原來的石頭或者是撞擊體本身發(fā)生了熔融，它再快速冷凝，冷凝成的玻璃我們叫撞擊玻璃。通過這些發(fā)現(xiàn)就可以初步判斷，月球上曾經(jīng)也有過像火山噴發(fā)的情況。

基于嫦娥五號(hào)攜帶的“月球礦物光譜儀”探測(cè)的數(shù)據(jù)，中科院地質(zhì)與地球物理研究所等單位的研究人員首次獲得了月表原位條件下的水含量。他們發(fā)現(xiàn)，嫦娥五號(hào)采樣區(qū)的水含量在120 ppm（百萬分之一）以下，而從別的地方濺射到采樣區(qū)的更古老巖石中的水含量約為180 ppm。這就相當(dāng)于1噸月壤中大約有120克水，1噸巖石中大約有180克水。相關(guān)研究成果1月8日在線發(fā)表于《科學(xué)—進(jìn)展》。

需要說明的是，“光譜儀所探測(cè)到的‘水’是指礦物里的水分子或者羥基，在一定條件下才能轉(zhuǎn)化為我們喝的水。”論文第一作者、中科院地質(zhì)地球所副研究員林紅磊解釋道。

嫦娥五號(hào)光譜儀對(duì)采樣區(qū)約2米見方的區(qū)域進(jìn)行了光譜觀測(cè)，觀測(cè)對(duì)象除了月壤之外還有一塊沒有帶回來的巖石。

數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，嫦娥五號(hào)采樣區(qū)的水含量在120 ppm以下，而巖石中的水含量約為180 ppm。“相當(dāng)于1噸月壤中大約有120克水，1噸巖石中大約有180克水。”林紅磊解釋道。

那么，這些水又是從哪里來的呢？

結(jié)合樣品分析，月壤中的水絕大部分是太陽風(fēng)的貢獻(xiàn)。

論文通訊作者之一、地質(zhì)地球所研究員林楊挺說，太陽風(fēng)里有很多氫，轟到月面與月壤里的氧結(jié)合形成了羥基或者水分子。

月表水的分布可能與緯度高度相關(guān)，嫦娥五號(hào)是目前返回樣品中緯度最高的，這對(duì)研究月表水的分布及來源具有重要意義。林楊挺表示，嫦娥六號(hào)、嫦娥七號(hào)未來將在原位和軌道尺度繼續(xù)探測(cè)月表水的含量、分布，本研究成果也將為嫦娥六號(hào)、嫦娥七號(hào)的科學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)提供支撐。

嫦娥五號(hào)任務(wù)實(shí)現(xiàn)了我國(guó)首次月面采樣與封裝、月面起飛、月球軌道交會(huì)對(duì)接、攜帶樣品再入返回等多項(xiàng)重大突破，其成功實(shí)施標(biāo)志著我國(guó)探月工程“繞、落、回”三步走規(guī)劃如期完成。

那么，問題來了，嫦娥五號(hào)從月亮上挖回來的“土特產(chǎn)”，里面有沒有微生物？

“廣寒宮里無雙樹，無熱池邊不盡香”（《鷓鴣天》 宋·向子湮）。在中國(guó)古代傳說中，月球雖然是廣寒清虛之府，但廣寒宮里住著仙子和玉兔，還有桂花飄香。然而，神話之外，在夜空中舉目可望的月球上，真的有生物存在嗎？

關(guān)于在一個(gè)星球上是否可能有生命存在的討論，主要需要考慮三個(gè)關(guān)鍵因素：液態(tài)水、一系列生命必需元素（如C、H、N、O、P、S等），以及生命產(chǎn)生與存在所需要的某種形式的可利用能量。

回觀月球，其環(huán)境相比于地球來說極端惡劣。

首先，月球沒有大氣層。其表面大氣壓只有地球的十億分之一，幾乎處于真空狀態(tài)。由于缺少大氣層的保護(hù)，月球表面晝夜溫度相差巨大，“阿波羅15號(hào)”在其登陸點(diǎn)探測(cè)的月球表面溫度最高為374 K（約101℃），最低為92 K（約零下181℃）;而且，月球表面紫外線等宇宙輻照強(qiáng)烈，特別是在太陽風(fēng)暴期間，太陽紫外線長(zhǎng)驅(qū)直入，起到了消殺作用。

現(xiàn)在對(duì)中國(guó)的嫦娥五號(hào)帶回的月壤進(jìn)行研究，可以進(jìn)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(shí)，具有實(shí)用價(jià)值，這些就是研究月壤的根本原因。

其次，月球表面至今未發(fā)現(xiàn)液態(tài)水。月球像地球一樣，表面覆蓋著一層由疏松的顆粒狀巖石構(gòu)成的物質(zhì)，被稱為月壤層。通過對(duì)月探測(cè)和月球樣品進(jìn)行分析，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)月球兩極地區(qū)存在氫元素富集的現(xiàn)象，氫元素富集可能是源于太陽風(fēng)注入的氫或一些礦物所含的羥基，也有可能是水冰（由水或融水在低溫下固結(jié)的冰）以細(xì)顆粒形式與月壤混合共存所導(dǎo)致，這是月球存在水的直接證據(jù)，但遺憾的是，目前尚未在月球上發(fā)現(xiàn)液態(tài)水。

最后，月壤中缺乏目前已知的碳基生命所必需的元素。我國(guó)科學(xué)家對(duì)CE3玉兔號(hào)月球車粒子激發(fā)X射線譜儀（APXS）所獲取的數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，其著陸點(diǎn)月壤的元素組成主要包括Si、Ca、Al、Mg、K、P、S、Fe、Ti、Ni、Cr、Mo、Sr、Y、Zr、Nb 16種元素，但缺乏生命必需的C和N等元素。因此，總體而言，月球上存在本土生命的可能性微乎其微。

近期，由中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所北京離子探針中心劉敦一研究員和地質(zhì)所海外高級(jí)訪問學(xué)者澳大利亞科廷大學(xué)AlexanderNemchin教授領(lǐng)銜的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)在嫦娥五號(hào)月球樣品研究方面取得重大進(jìn)展。

團(tuán)隊(duì)對(duì)嫦娥五號(hào)月球玄武巖開展了年代學(xué)、元素、同位素分析，證明月球在19.6億年前仍存在巖漿活動(dòng)，為完善月球演化歷史提供了關(guān)鍵科學(xué)證據(jù)。相關(guān)研究論文《嫦娥五號(hào)年輕玄武巖的年代與成分》于去年10月8日凌晨在線發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《Science》上。

這是以嫦娥五號(hào)月球樣品為研究對(duì)象發(fā)表的首篇學(xué)術(shù)成果，劉敦一研究員與Alexander Nemchin教授為本文的共同通訊作者，車曉超博士是本文的第一作者。

月球的巖漿作用在何時(shí)停止，一直是月球演化歷史研究中的重大科學(xué)問題之一，此前關(guān)于月球樣品的研究成果并未發(fā)現(xiàn)月球存在比29億年年輕的巖漿活動(dòng)。

全世界科學(xué)家都滿懷希望，盼望著從嫦娥五號(hào)樣品研究中獲得更年輕的巖漿事件結(jié)果，以完善月球巖漿演化歷史。研究團(tuán)隊(duì)用詳盡的微區(qū)原位高分辨率二次離子質(zhì)譜（SHRIMP）定年數(shù)據(jù)和堅(jiān)實(shí)的巖石礦物地球化學(xué)數(shù)據(jù)，證明了月球直至19.6億年前仍存在巖漿活動(dòng)，使此前已知的月球地質(zhì)壽命延長(zhǎng)了約10億年。

當(dāng)人類第一次踏上月球時(shí)，科學(xué)家便投入到月球的研究當(dāng)中，對(duì)月球的采樣物質(zhì)研究發(fā)現(xiàn)，月球中含有的氦-3（氦-3是氦的同位素之一），對(duì)地球來說是一種無價(jià)之寶的新型能源物質(zhì)，這一發(fā)現(xiàn)讓科學(xué)家們十分興奮。

探月工程月球樣品備份存儲(chǔ)韶山基地的嫦娥五號(hào)備份存儲(chǔ)樣品。 圖片|新華社

氦-3是被世界公認(rèn)的高效、清潔、安全、廉價(jià)的核聚變發(fā)電燃料。據(jù)科學(xué)家計(jì)算，100噸氦-3所能創(chuàng)造的能源，相當(dāng)于全世界一年消耗的能源總量。氦-3在地球上的蘊(yùn)藏量極少，全球已知且容易取用的只有500公斤左右，而早期探測(cè)結(jié)果表明，月球淺層的氦-3含量多達(dá)上百萬噸，足夠解決人類的能源之憂。實(shí)際上，隨著人類對(duì)月球認(rèn)識(shí)的加深，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)月球氦-3的總儲(chǔ)量很可能更多。

不過冷靜下來后人們發(fā)現(xiàn)，月球氦-3雖多，想用上卻不容易。其不僅提取過程復(fù)雜，要想大批量運(yùn)輸回來，也面臨高昂的成本和許多技術(shù)難題。

也有人提出在月球永久光照區(qū)建設(shè)大規(guī)模太陽能電站，不過所需的設(shè)備和材料怎樣運(yùn)上去，獲取的電能如何突破38萬公里距離傳輸回來，這都是當(dāng)前技術(shù)難以解決的問題。

現(xiàn)在對(duì)中國(guó)的嫦娥五號(hào)帶回的月壤進(jìn)行研究，可以進(jìn)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(shí)，具有實(shí)用價(jià)值，這些就是研究月壤的根本原因。

◎ 來源|北京科技報(bào)