为什么要从月球采集土壤？从月球上挖土的目的何在？

2021-04-23

大众科学 2021年1期

随着嫦娥五号的发射成功，标志着我国探月工程开启了航天史的新阶段。嫦娥五号此次行程最大的亮点就是从月球采集土壤，带回地球研究。很多人不了解，为什么要花费如此多的心血从月球上“挖土”呢？月球上的土壤到底有什么特别之处呢？

为什么要从月球采集土壤？

1969年7月20日，阿姆斯特朗和奥尔德林成为了首次踏上月球的人类，这是人类探索太空的一次伟大进步。其中，所带回来的月球土壤样品成为了关于月球最为珍贵的东西。此次“嫦娥五号”也执行迄今为止我国最复杂的航天任务，其中之一就是采集月球土壤。那么，为什么要从月球采集土壤，月球的土壤藏着什么秘密呢？

通过对月球土壤的研究，能够帮助科学家们，近距离接触月球的岩石、土壤性质，使得月球距离我们更近，在显微镜下，其神秘面纱也被层层揭开。

美国史密森尼国家自然历史博物馆地质学家埃里克·贾文曾撰文表示，来自月球的岩石彻底改变了我们对月球表面性质、月球起源以及太阳系演化三大问题的认识。

除了认识月球，还帮助科学家确立了现代行星科学，为认识各类行星的地质演化过程提供了参考。此次，嫦娥五号带回的“高价土”，包含月球岩石碎块、矿物及陨石等物质，能帮助科学家研究月球地质演化历史、了解太阳活动，也将为人类开采月球资源铺平道路。

月球土壤和地球土壤有什么区别？

月球的表面不是坚硬的岩石，而是覆盖了一层松散的土壤，科学家称之为“月壤”。人类目前拥有的月壤，均来自9次探月任务。阿波罗登月计划的6次任务，一共从月球正面的6个不同地点采集并带回了382公斤的月球样品，其中约1/3是月壤；苏联的3次月球号任务，也采回了300克左右的月壤样品。

通过对这些样品的研究，科学家们发现，除了粒度都很细小之外，月球与地球上的土壤有很大的差异。

地球上的土壤大家都很熟悉，是一层疏松的物质，是由岩石风化形成的细粒矿物质，添加了有机质和水，含有微生物等。地球上土壤的形成，除了化学、物理作用之外，生物的活动是其最重要的特征。此外，我国西北地区广泛分布的黄土，是一种比较特殊的土壤，主要由风力搬运、沉积形成。黄土逐年堆积，因此还记录了长达200多万年的气候变化历史。

由于没有大气，月壤被直接暴露在太阳辐射和微陨石的轰击之下，组成和物理性质发生改变，科学家们将这个过程称为“太空风化”，从而与地球上在大气、水和生物共同作用下的“地表风化”相区别。

月壤的形成过程没有生物活动参与，没有有机质，还极度缺水干燥；组成月壤的矿物粉末基本是由陨石撞击破碎形成，因此，粉末颗粒的锐角十分锋利。

不仅如此，月球没有磁场保护，太阳风（主要由氢离子等组成）会注入到粉尘颗粒表面，将矿物中的二价铁离子还原成纳米金属铁微粒，从而改变其电磁特征、光谱特征（颜色）等。

另外，月球表面经常被陨石以每秒10多公里的速度撞击，巨大的能量会使月表一部分物质熔融，形成玻璃，还有一部分物质气化，再重新凝结，成为月壤组成的一部分。

月壤的主要成分有哪些？

月壤中绝大部分物质是就地及邻近地区物质提供的。由于月球几乎没有大气层，月球表面长期受到微陨石的冲击及太阳风粒子的注入，太阳风粒子的注入使月壤富含稀有气体组分。由于太阳风离子注入物体暴露表面的深度一般小于0.2μm，因此这些稀有气体在细粒月壤中平均含量最高，有些月壤细粒粉末中稀有气体标准状态下含量高达0.1—1cm3/g，相当于1019—1020原子/cm3。在整个月球演化史中，由于外来物体对月球表面的频繁撞击，月壤物质几乎完全混合，在深达数米的月壤中，稀有气体的含量较均匀。

在月壤的稀有气体中，还含有氦3。氦3能够参与核反应聚变。月壤中氦3的含量较为稳定，月壤中氦3的资源总量可达100万—500万吨。而地球上天然气可提取的氦3是非常少的，只有15—20吨。

月球中还有月海玄武岩中的钛、铁等资源，克里普岩与稀土元素、钍、铀等资源。克里普岩（KREEP）是高地三大岩石类型之一，因富含K（钾）、REE（稀土元素）和P（磷）而得名。此外，月球还蕴藏有丰富的铬、镍、钾、钠、镁、硅、铜等金属矿产资源。