月球為何備受人類青睞

馮偉民

2003年3月1日，中國正式啟動了第一個探月工程，按“繞”“落”“回”3個階段實施。首先是發射繞月衛星，繼而是發射無人探測裝置，實現月面軟著陸探測，最后為運輸機器人上月球建立觀測點，并且采取樣本返回地球。整個計劃將會歷時20年。

2021年，我國將“嫦娥五號”從月球取回的首批樣品分發給有關科研院所。經科學家夜以繼日的研究，已有多項重要成果發布，引起了國內外科學界的很大反響，在民間也獲得了廣泛關注。

月球激發人類飛天之夢

人類很早就有登月之夢，已有數千年的文字記載。嫦娥奔月、敦煌莫高窟“飛天”圖案等都是古人美麗的傳說，承載著人類對廣袤深邃太空的憧憬與向往。中國明朝人萬戶被西方航天學界贊譽為第一個嘗試用火箭飛天的人，并將月球上一座環形山命名為“萬戶”，以表紀念。19世紀中葉，法國人凡爾納的小說《從地球到月球》幾乎啟發了所有的現代航天先驅者，但那時人類對太空無限的遐想一直都停留在小說層面。進入20世紀，人們觀念中關于宇宙空間的科學概念已逐漸形成，為20世紀中葉以來人類實現飛天探月夢想奠定了科學和人文基礎。

在人類奔向星辰大海的征程中，探測月球是走向太空的第一站。從20世紀50年代起，人類正式啟動了月球探測之旅。蘇聯和美國花費巨資，多次向月球發射探測器，并成功實現了人類登月的偉大壯舉。月球是迄今唯一被人類涉足的外星球。

探測月球利益極大

人類為何對月球有如此大的興趣，不惜投入大量人力和巨額財力去探索，它會對人類帶來哪些影響呢？毫無疑問，實現自古以來探月飛天之夢一直是人類夢寐以求的理想。同時，探究月球的形成和月球與地球的關系、探尋月球礦產資源、建立月球中轉站乃至讓月球成為人類未來的生存空間等，正成為科學家的研究方向和發展目標，也是公眾非常關心的話題。

從歷史發展的角度看，無論是過去還是現在，探索太空的神秘現象一直是促進人類科技不斷發展的動力，各國先進的技術為探月提供了強大的支撐，因而探月工程成為各國科學家合作與競爭的新領域。并且，人類的太空之夢遠不僅僅是月球。月球作為地球的衛星，距離地球最近，兩者相隔38萬多千米，無線電通信幾乎是一瞬間，僅需1～2秒。而地球和火星之間，實現雙向通信需要1個小時的時間。所以，月球將扮演連接地球與其他行星的中間站，成為人類奔向太空的第一個落腳點。

科學探測發現，月球具有較低的引力且缺少大氣層，這有利于簡化軌道器和登陸器登月的操作程序，更容易實現人類的太空任務。因此，月球是人類探測外太空最具有吸引力的目標。

月球具有地球所短缺的一些資源，也是吸引人的一個重要因素。像氦-3（一種氦同位素）大量存在于月球，但在地球含量很少。它可作為一種潛在的核聚變燃料、一種潛在的無限量和非污染能源。因此，豐富的氦-3是人類十分向往的資源。令人鼓舞的是，每一次人類對月球的探測都帶來新的發現。像日本“月之女神（KAGUYA）”探測器和印度“月船1號”探測器就在月球表面發現新礦物質分布，以及探測潛在的資源區域。

人類對月球的探測表明，月球北極和永久陰影區域中存在水冰和其他有機化合物。月球隕石坑即使在陽光照射下也有自由水的紅外光譜。結合同位素分析，還可以識別月球形成后隕石撞擊、太陽風和地球風帶來的外來水的影響。如果月球表面的水冰資源充足，可作為支持人類未來移民居住的關鍵資源。并且，開發這些-250℃環境中的資源將激勵人類研發新的科學技術。同時，月球上水冰資源的發現也極大地鼓舞了人類的信心，人類將致力改造月球，建立起一個新的生存環境，讓這顆星球有可能成為未來人類移居的新家園。

探測月球將更好地了解地球，有助于揭開月球、地球乃至太陽系起源之謎。“阿波羅”任務采集月球巖石樣本返回地球，促使了一種新假說的誕生，即月球很可能是諸如一顆火星體積大小的行星與地球發生碰撞形成的。

中國正在后來居上

在探月過程中，取得月球樣品是探測中的巨大成果，對人類認知月球的歷史和面貌及對人類未來影響都有重大意義。當年美國尼克松總統訪華時饋贈我國1克月球樣品，我國科學家如獲至寶，做了深度研究，連續發表了14篇研究論文，就此開啟了我國探索太陽系星辰大海的征程。進入新世紀，我國探月工程后來居上，“嫦娥三號”“嫦娥四號”的儀器探測，尤其是“嫦娥五號”獲取的1731克月壤樣品，為我國科學家提供了實樣，已經帶來了一些全新的月球認識。

中國科學家對月球樣品研究發現，月球遭受小行星和星際物質大規模撞擊停止后，曾發生過多次火山活動，月球火山巖漿活動一直到20億年前才終止，這改變了傳統的認知，比以往月球樣品限定的巖漿活動延長了約8億年，表明月球在20億年前還有火山巖漿活動。月球冷卻如此之慢的原因尚不清楚，中國科學家表示要解答這一重要命題，需要提出全新的理論框架和演化模型，這無疑對未來的月球探測和研究提出了新的方向。“嫦娥五號”月球樣品玄武巖的精確年代學數據還為月球撞擊坑統計定年曲線提供了關鍵錨點，將大幅提高內太陽系星體表面的撞擊坑統計定年精度。

在過去的40多億年里，小行星撞擊產生的粉碎、熔融、混合等物理過程在很大程度上改變了月球表面。在太空風化的共同作用下，月球表面形成一層廣泛分布、厚2～15米的月壤。美國“阿波羅”計劃采集的樣品表明，這些月壤粒徑大多只有0.1～0.4微米，多數比我們平時關注的PM2.5還要小很多。美國的月壤樣品采自6個登月點，蘇聯的則采自3個登月點。我國“嫦娥五號”選取的采樣點與美國、蘇聯都不同，而不同區域取得的樣品有著不一樣的地質背景，可以獲得許多新的知識和認識。

我國科學家在歷次探月中，精確測定了月球表面的土壤厚度。“嫦娥三號”的“玉兔”號月球車搭載了測月雷達，其任務之一是探測月球土壤的厚度，這是人類探月以來首次在月球表面直接進行雷達探測。探測結果顯示，“玉兔”號月球車軌跡下方的月壤平均厚度為5米左右。

月壤究竟是如何形成的？月球上沒有水和空氣，白天溫度高達100多攝氏度，晚上又驟降至-200多攝氏度。月巖的溫度變化如此之大，使月巖熱導率很低，其礦物組成和結構不均一，因熱脹冷縮使月巖發生崩解，產生巖屑。另外，太陽風和宇宙射線對月巖的輻射降低了礦物強度，使晶格變形，也可能間接地促進了月壤的形成。此外，隕石碎屑也是月壤的重要組成之一。

2019年1月3日，我國“嫦娥四號”探測器在月球背面的馮·卡門撞擊坑成功著陸，對其中一個坑進行詳細探測，獲得關于月球表面過程的重要信息，對月壤的形成過程有了新認識。科學家認為，小行星高速撞擊在厚層月壤上，將月表巖塊砸碎的同時也可將月壤壓實，并通過部分熔融將其膠結起來，形成月壤層內小隕石坑的壁和底；小隕石坑的壁和底是玻璃膠結的月壤團塊，隨后團塊被另一次小行星撞擊并拋射出來，掉落到現在所處的位置，最后碎裂成“碎塊坑”。月壤就是在這種反復撞擊、砸細又重新膠結成巖的過程中演化成熟。

月壤顆粒微小，但以小見大，見微知著。月壤剖面記錄太陽風和宇宙射線的輻射歷史，以及小行星對月面的撞擊歷史。研究月壤可以了解其物質來源、形成過程和演化，可以了解這個星體的物質組成。測出月壤的厚度，就能較準確估算出月壤的總量及相應的資源儲量，這對未來開發月球資源具有十分重要的意義。

“嫦娥五號”采集的月球樣品為一類新的月海玄武巖，填補了美國和蘇聯月球采樣任務的空白。研究發現，月幔源區的水含量僅為1～5微克/克，表明月幔非常“干”。這一發現也排除了月幔初始熔融時因水含量高而具有低熔點，導致該區域巖漿活動持續時間異常延長的猜想。“嫦娥五號”采樣點附近的火山活動更為活躍，持續時間也更長，是研究月球內部能量衰竭，以及更加全面了解月球地質演化歷史的理想地點。這意味著，針對“嫦娥五號”月球樣品的研究將可能獲得與以往不一樣的研究結果，對人類進一步認識月球具有獨特的科研價值，也將會為預測地球的未來命運提供重要的科研資料。

（責任編輯：吳宇）