中國科學家從月壤里挖出了哪些寶

發現嫦娥石、找到月壤水……通過嫦娥五號返回器攜帶1731 克月壤樣品正在被研究，研究范圍涉及月球地質演化歷史、月球資源分析等。透過這些細微、不起眼的月壤，月球的神秘面紗正在被一點點揭開。

發現嫦娥石、找到月壤水……在秋高氣爽的金秋時節，月壤研究也迎來了大豐收。

據悉，從2020 年12 月嫦娥五號返回器攜帶1731 克月壤樣品成功返回地面至今，共計有4 批50 余克月壤樣品被分發至100 多個科研團隊，研究范圍涉及月球地質演化歷史、月球資源分析等。透過這些細微、不起眼的月壤，月球的神秘面紗正在被一點點揭開。

挖掘月球的潛在價值

今年9 月9 日，國家航天局、國家原子能機構聯合宣布，來自中核集團核工業北京地質研究院（以下簡稱核地研院）的月球研究團隊首次在月球上發現新礦物，并命名為“嫦娥石”。“嫦娥石”也是人類發現的第六種月球新礦物，其單晶顆粒的粒徑只有10 微米大小，不到一根頭發絲直徑的1/10。

核地研院月球研究團隊牽頭人李子穎表示，地球巖石中尚未找到和“嫦娥石”化學成分一致的礦物質，這也證明了“嫦娥石”形成的環境和條件不同于地球。通過對“嫦娥石”形成條件的研究，可以倒推月球演化過程，對認識月球起源與演化意義重大。此外，“嫦娥石”所含的高含量稀土是否具有開發價值，也值得進一步研究。

除了“嫦娥石”，核地研院月球研究團隊還首次成功獲得了嫦娥五號月壤樣品中氦- 3的含量和提取參數。核地研院第一批月球樣品使用責任人黃志新介紹，以氦- 3 為原料的聚變過程不會產生有害物質，并且反應釋放的能量更大，堪稱是未來的完美能源。氦- 3 的主要來源是太陽風，由于受地球磁場和大氣的阻擋，能夠到達地球的氦- 3 微乎其微。而月球由于缺少大氣層保護，長期受太陽風吹拂，且月壤中的鈦鐵礦對氦- 3 有較好的儲存作用，因此氦- 3 在月球上儲量驚人。據探月工程首任首席科學家、中國科學院院士歐陽自遠估算，月壤中的氦- 3 含量可滿足地球長達萬年的能源需求。

除了存在潛在能源外，今年5 月，我國研究團隊還在嫦娥五號月壤樣品中發現，月壤中的一些活性化合物具有良好的催化性能。研究團隊以其為催化劑，利用人工光合成技術，借助模擬太陽光，成功將水和二氧化碳轉化為了氧氣、氫氣、甲烷、甲醇。該研究主要負責人之一、南京大學教授姚穎方表示，如果將月壤提取成分作為月球上的人工光合成催化劑，未來也許只需要月球上的太陽能、水和月壤，便能產生氧氣和碳氫化合物，實現低能耗和高效能量轉換，為建立適應月球極端環境的原位資源利用系統提供潛在方案。

探尋月球水的真正成因

水作為生命之源，是人類太空探索中始終繞不開的話題。不久前，中國科學院地球化學研究所的唐紅、李雄耀團隊通過研究證實，嫦娥五號月壤樣品礦物表層中存在大量的太陽風成因水，估算其水含量至少為170ppm（1ppm 為百萬分之一），這一數值顯著高于月球內部的水含量。同時，研究顯示，月壤礦物中的水主要分布在極表層內，并且其氫同位素比值與太陽風的十分接近，主要以羥基的形式存在，這說明太陽風質子注入是嫦娥五號月壤樣品中水的主要來源。

嫦娥五號月壤樣品中能夠發現水，很大程度上得益于其采樣地點的獨特性。嫦娥五號月壤樣品采樣地點位于月球最大的月?！L暴洋的東北部，這里以前從未有人踏足。而同位素定年結果表明，該區域月壤樣品的年齡約為20 億年，是目前獲得的最年輕的月壤樣品。更為重要的是，嫦娥五號月壤樣品中的主要組成物質是輝石、斜長石和橄欖石，這幾種礦物恰恰都是探究太陽風成因水儲量的最佳載體。

雖然整個月球表面都有水的存在，但并不意味著月球上每個區域月壤的水含量都相同。這是因為一部分的太陽風成因水會在太陽的照射下“蒸發”，還有一部分則會遷移并沉降到溫度極低的兩極永久陰影區，經過漫長的地質活動后形成大量水冰。研究結果也顯示，由于月表存在翻騰作用，月壤顆粒暴露在太陽風中的時間不同，導致了礦物中注入的太陽風質子總量不同，進而也導致不同區域月壤中的太陽風成因水含量不同。同時，研究團隊進一步提出，在月壤成熟度更高的地區，如風暴洋西北側高地，其月壤中的水含量可能更高。這一看法不僅為未來月表水資源利用提供了重要依據，也為探索太陽系內其他無大氣天體，如水星等表層土壤中的太陽風成因水的形成機制和分布規律提供了重要參考。

推演月球的來龍去脈

作為地球唯一的天然行星，月球地質活動的歷史一直是科學家關注的重點。中國科學院紫金山天文臺研究員徐偉彪表示，團隊經過研究發現，嫦娥五號月壤樣品中有極高含量的高鈦玄武巖，這意味著嫦娥五號月球著陸區或發生過多次火山噴發。

徐偉彪表示，在目前所有找到的月球隕石中，基本沒有發現高鈦玄武巖。這是因為鈦鐵礦處于月球淺層，一般分布在月殼以下、月幔以上的區域，而玄武巖是月球深處月幔物質經高溫熔融產生的巖漿噴發到月表，冷卻后凝固而成的一種巖石。之所以會出現高鈦玄武巖，可能是由于鈦鐵礦比重較重，造成了月幔上重下輕的重力不穩定結構。鈦鐵礦經過翻轉下沉到深部月幔，經過熔融后與巖漿一起噴發出來，冷卻后被“封鎖”在了玄武巖中。

研究團隊推測，嫦娥五號著陸區歷史上至少發生過3 次火山噴發活動。徐偉彪認為，這一結論將為研究月球演化提供重要線索，也有望解答月幔源區不同物質成分來源、火山巖漿形成的能量來源和月球晚期火山活動的精細時空分布規律等多個重要問題。

如果月球上曾經有過如此密集的火山噴發活動，那它們是在何時停止的？多家研究機構團隊對嫦娥五號月壤樣品玄武巖巖屑中富鈾礦物進行分析，確定其形成年齡約為20.3億年，這意味著月球直到20 億年前仍存在巖漿活動，將以往月球樣品限定的巖漿活動停止時間向后推遲了約8 至9 億年。