通过一粒月壤“看清”月球上的风化作用

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通过一粒月壤“看清”月球上的风化作用

我国科学家发布嫦五月壤最新研究成果，该发现具有哪些重大意义？

我国科学家发布嫦五月壤最新研究成果，具有哪些重大意义？

月球上的土壤被称为“风化浮土”，这种土壤是怎样形成的？

一、通过一粒月壤“看清”月球上的风化作用

赵越 科技日报记者 陆成宽

经过成千上万年的风吹、日晒和雨淋，一块坚硬的岩石最终会风化成肥沃的土壤。风化作用虽然短时间内不易察觉，但却一直改变着地球上的地形地貌。

不仅地球，月球上的风化作用每天也都在上演。利用多种电镜技术，我国科研人员“看清”了嫦娥五号月球样品背后的太空风化作用机制。相关研究成果近日在线发表于《地球物理研究快报》。

“数十亿年来，月球表面遭受了强烈的太空风化作用，包括微陨石撞击、太阳风及银河宇宙射线的辐射。这些过程极大地改变了月球表面物质的形貌、结构和化学成分。”4月11日，中国科学院地质与地球物理研究所高级工程师谷立新告诉科技日报记者。

类似于地球上的土壤主要是岩石受到风化作用演变而来，月壤也是月岩经过长期的太空风化作用形成的。因此，通过研究月壤，可以深入理解撞击和太阳风辐射与月球表面物质的相互作用过程与机理，认识月球表面物质演化和空间环境变化过程。

然而，“由于月壤颗粒的尺寸微小且微观结构复杂，难以区分微陨石撞击和太阳风辐照的特征差异，目前科学家对太空风化作用机制的认识还不够清晰。”谷立新强调。

更重要的是，美国阿波罗计划、苏联月球号采集的样品都处于月球的低纬度范围，而嫦娥五号采样点位于中纬度。谷立新表示，嫦娥五号样品为月球不同纬度的空间风化研究提供了独特的视角。

为此，研究人员利用单颗粒样品操纵、扫描电镜形貌观察、聚焦离子束精细加工、透射电镜结构解析等一系列分析方法，获得了单个嫦娥五号月壤颗粒表面的硅酸盐、氧化物、磷酸盐和硫化物的太空风化作用信息。

“同一个月壤颗粒上的这些物质，受到太空辐照条件的影响是一致的，为我们进行对比研究提供了基础。”谷立新说。

研究结果显示，长时间暴露在外的月壤颗粒表面的矿物相都存在富含硅、氧元素的再沉积层，往下是太阳风辐照损伤层。但是，“太阳风辐照损伤层的结构和化学成分变化与基体矿物的种类有关。”谷立新强调。

结合单颗粒表面的硅酸盐、氧化物、磷酸盐等物质形貌及内部结构的分析，研究发现，月壤的太空风化作用主要是受到微陨石撞击、太阳风及宇宙射线的辐照等因素的共同作用。“然而，这些作用的各自贡献则需要借助于精细的形貌和结构表征才能区分。”谷立新坦言。

通过与阿波罗样品的分析结果进行对比，研究人员发现，嫦娥五号月球样品和阿波罗样品的表层微观结构特征没有表现出较大的差异。“这为月球中纬度的太空风化作用提供了更多的认识，也为月球遥感光谱校正模型在月球中纬度的适用性提供了支撑。”谷立新说。

但是，微观结构的相似性并不意味着月壤表面保存的太阳风注入水没有差异，关于太阳风注入水还需要进一步研究。

同时，谷立新表示，由于空间风化效应的多样性，在将月球的空间风化模型扩展到其他无大气行星时，还需要考虑行星物质组成和空间环境的复杂性。

月壤颗粒表面形貌

文中图片由中国科学院地质与地球物理研究所提供

编辑：李晓航（实习）

审核：朱丽

一、我国科学家发布嫦五月壤最新研究成果，该发现具有哪些重大意义？

“上帝说：天上要有光体，可以分昼夜，作记号，定节令、日子、年岁，……”——圣经

据央视网报道，近日，中科院地质地球所等科研团队通过对单个嫦娥五号月壤颗粒的探测分析，获得了月壤颗粒表面关键物质的太空风化作用信息。这一成果日前在国际学术期刊《地球物理研究快报》上发表。

这些报告呢，写的很学术。小编简单整理了一下，翻译成人话就是说长期以来呢，月球表面一直被太空风化给摧残着，这个太空风化作用吧，包括很小的陨石撞击，太阳风，还有银河宇宙射线的辐射。 这些摧残呢，使月球表面的物质长相发生了改变，就是变磕碜了。

中科院科研团队利用一系列的分析方法，得到了月壤颗粒表面的信息，但是呢，月球表面的不同物质会反应出不同的摧残效果。这次嫦娥五号采回来的是月球中纬度的颗粒，所有咱们就能更加深入的了解月球中纬度的奥秘了。

二、我国科学家发布嫦五月壤最新研究成果，具有哪些重大意义？

我们看到的月球照片，上面基本都是灰色的月壤和岩石，一片荒芜。没有水的痕迹没有任何的生命迹象。然而科学家对嫦娥五号带回的月壤的最新一项研究结果发现，在嫦娥五号采样区，一吨月壤中含有120克的水。此次研究成果意义重大。

2022年1月8日，中科院地质与地球物理研究所等单位的研究者们基于嫦娥五号携带的“月球矿物光谱仪”探测的数据，首次获得了月表原位条件下的水含量，认为嫦娥五号采样区的水含量在120ppm（百万分之一）以下，这相当于一吨月壤中大约含有120克的水，水含量为0.012%，同时还发现从别的地方溅射到采样区的一些更古老岩石中的水含量约为180ppm，相当于1吨岩石中大约有180克水，水含量为0.018%，这两个水含量数值高出了科学家们原先的想象。

3月9日，全国政协委员、中国探月工程总设计师吴伟仁在受访时介绍，嫦娥五号带回的月壤可发挥三方面作用：第一可用月壤进行科学研究，让科学家研究另一个星体的物质是怎么组成的；第二可对公众进行科普，如在国家博物馆展出；第三可与他国进行共享，今后或将作为礼品赠送。

近日，中科院地质地球所等科研团队探测分析发现：嫦娥五号月壤的太空风化作用，主要是受到微陨石撞击、太阳风及宇宙射线辐照等因素的共同作用，不同矿物的表层结构受的影响不同。这一成果为月球中纬度的太空风化作用提供了更多认识，也为月球表面物质演化和空间环境变化过程研究提供了重要支撑。目前也是在研究月球土壤的形成原因以及成分，陨石撞击会形成变质，形成很多贵金属，这很可能是地球没有的，有非常大的研究意义。而且通过研究月壤，可以知道宇宙35亿年前的变化情况。

宇宙航行之父齐奥尔科夫斯基曾经说过：地球是人类的摇篮,但是人类不会永远躺在摇篮！

★★★嫦娥五号的意义就在于它代表着人类未来星际采矿的前进方向。吴伟仁院士说过，如果只是为了采集月壤回地球，嫦娥五号的技术路线根本不需要设计得这么复杂。

★★★嫦娥五号的最重大意义也根本不在于采集新区域的月壤，而是第一次验证了人类未来大规模工业化星际采矿的可能，即无人驾驶模式下的对接转运模式采矿。

★★★ 无人对接转运模式显然才是人类未来的星际采矿的真正方向。这也正是嫦娥五号这次航天行动对人类最大的历史意义，也是嫦娥五号远远超过隼鸟2号的地方，甚至已经可以媲美阿波罗登月计划的地方。

自1970年到1976年的六年时间里，苏联总共实施了3次成功的无人采样返回，以钻取的方式采回月球土壤样品300多克。

当未来的某一天，人类真正实现了大规模工业化的星际采矿，再回望人类航天的发展历史时，嫦娥五号这次无人驾驶模式下的对接转运星际采矿行动将更加伟大而有意义！

三、月球上的土壤被称为“风化浮土”，这种土壤是怎样形成的？

月球以上的土叫月壤。目前可以从两个来源直接研究月壤，一个是阿波罗登月带回的380公斤月壤和岩石样本，另一个是苏联无人飞船带回的300多克月壤。这是最直接的研究标本，中国的嫦娥五号计划也带回了一些月壤进行研究。另外登月飞船直接在月球面做一些测试。

这些测试的范围有限，但也可以获得一些数据。目前对火星土壤的研究仅限于此，不能带回研究。基于这些研究，我们现在对月壤的了解更多了。我们知道，月球的主要成分与地球的成分相似，但月壤的成分与地球土壤的成分不同，这主要是环境的差异造成的。

大多数科学家称月球土壤为风化浮土，而不是“土壤”。月球土壤极细，不含有机质。地球土壤有机质丰富，但矿物质含量不如月球土壤。在月球土壤中，每种矿物质含量不高，但有10多种矿物质。月球加积形成的过程是这样的。由于流星的撞击，岩石被分裂成更小的石头或颗粒。太阳风暴发出的带电粒子流不断研磨这些岩石粒子，直到它们像浮土一样细。这个过程叫做“空间风化”。它不仅改变了月球岩石和浮尘的形状，还改变了它的光学性质。

通过对月球样本的分析，研究者有了很多重要的发现。

(1)研究月壤样品不仅可以了解月球的地质演化历史，还可以为了解太阳活动提供必要的信息。

(2)月壤含有大量微小的橙红色玻璃颗粒，一般富含铝、硫、锌。它们是在月球地幔部分融化期间，在月球表面下约300公里深处的火山活动喷射到月球表面的。

(3)月壤和月球岩石中的氧化铁含量很高，从中可以产生水和氧气。未来可利用月球表面材料支持月球基地运行，为登月飞行器补充燃料。

(4)在样品中发现了核聚变的理想原料氦-3。氦-3是世界公认的高效、清洁、安全的核聚变发电燃料。据计算，100吨氦-3产生的能量相当于全世界一年消耗的总能量。地球上氦-3的储量很少，已知的只有500 kg左右，世界上使用方便，早期探测结果显示月球浅层氦-3含量高达百万吨，足以解决人类的能源担忧。

事实上，随着人类对月球认识的加深，科学家们发现，月球氦-3的总储量很可能会更多。虽然开发和利用月球以上的氦3需要克服很多技术问题，但解决能源危机无疑是人类的希望之一。