[太空探索]研究月壤，为登月和驻留作准备（下）

郑永春，博士，中国科学院国家天文台研究员，中国科普作家协会副理事长，青年科学家社会责任联盟理事长，“科普中国”形象大使。

中国探月工程“绕、落、回”三步走已经圆满收官， “探、登、驻”三大阶段已在路上。探月阶段完成之后，必然要进行登月和月面驻留的工作，对月壤的研究就是为了将来更好地开发月球。

研究月壤为何重要？

我们看月球的土壤结构：表面有1层1-2厘米厚的月尘，然后是3-10米厚的月壤;月壤有的地方厚一点，有的地方薄一点，月壤里面其实还含有或埋有一些石块，这些石块有些大，有些小;月壤层之下才是真正的基岩，这就是整个月壤的结构，跟地球上的土壤结构非常相似。

月壤和月尘的研究为什么重要？我们知道，太阳会“刮”出太阳风，在太空里穿行，因为月球没有磁场，所以太阳风直接注入了月球的土壤和尘埃里。每一颗月壤颗粒、尘埃颗粒，都长时间饱受太阳风的侵袭。太阳耀斑产生的各种各样的高能粒子，也会注入月尘和月壤的颗粒里面。还有来自遥远的银河宇宙线，是非常高能的一些粒子，能够注入更深的深度，在月壤颗粒里留下深深的痕迹。

此外，月球还要遭受各种各样的陨石、微陨石的撞击，撞击过程会产生高温、高压和熔融，一部分物质会气化，逃离月球。

所以每一颗月壤颗粒都是月球遭受各种境遇的记录，它受撞击的历史，被熔融的历史，遭受太阳风注入的历史，遭受银河宇宙线作用的历史，这些历史都会被记录在月壤颗粒里面，研究它当然会获得很多宝贵的信息。

月尘的影响和威胁

最初，人类并不知道月球上有月尘，美国宇航员最早在月球上空飞过的时候，在地平线上看到了一团亮光，他们推测，那个地方可能有一些尘埃在散射太阳光，就跟我们在地平线上看到的一团亮光，实际上是地表的尘埃在散射太阳光，这就是月尘。宇航员手绘了他们看到的样子，把这种现象称为“喷泉”，就像喷泉的样子。

有了月球样品之后，在显微镜下观察发现，月尘非常细，粒度只有20微米以下，甚至还要小得多，对在月球表面工作的宇航员有很大的威胁。阿波罗登月的时候就碰到一些问题，比如，拍到的照片非常模糊，宇航员不得不用手擦镜头，把灰尘擦掉。

宇航员登陆月球后，回到登月舱的时候，宇航服上、靴子上都会沾染上月尘，月尘带有静电、具有黏附性，沾在身上很难掉下来。有些月尘会进入呼吸道，就跟我们吸入PM 2.5-样。我们说的PM 2.5，其实是2.5微米的颗粒直径，月尘的颗粒里有很多PM 2.5，但它跟地球上的PM 2.5不一样，因为它有毒性，能侵入人体，进入呼吸道，在肺部会沉积，严重威胁人体健康，所以必须认真对待。就像阿波罗17的宇航员说的那样， （他们）能够克服月球上的所有问题，除了月尘。

我曾经与医学专家合作，用小鼠做实验，把模拟月尘注入到小鼠的肺内之后发现，小鼠的呼吸系统出现问题。所以，月尘对人的生理和心理都会产生危害。

月尘颗粒虽然非常细，但是它非常尖锐，就像极细的玻璃渣。月尘颗粒进入宇航服的关节部位，会导致面料磨损，宇航服漏气。一旦漏气就会缩短宇航员的月面停留时间，威胁他们的生存。

月尘也会积累在科学仪器的表面，因为月尘能吸收热量，这跟仪器吸收热量的能力不同，所以会对航天器的散热过程、热量管理、温度控制产生重要的影响。月尘还会覆盖在仪器仪表上面，使读数困难。月尘甚至会影响宇航员在月面的安全行走。曾经有一条电缆被月尘覆盖后难以看到，宇航员行走时没有注意，被绊倒了。要知道宇航员穿着上百斤重的宇航服，一旦摔跤是非常危险的，所以必须慎重对待月尘。

研究模拟月壤为了更好地开发月球

阿波罗计划的教训是，人类对月壤的特性、月尘的影响缺少了解，航天器发射之前在地面缺少分析测试和深入研究，使真正执行登月任务时面临意外情况。如何避免意外的发生，就需要研制模拟月壤和模拟月尘，加深对月面环境的理解。

在经过大量前期调研之后，我们发现月球土壤是可以模拟的。研制模拟月壤，需要在地球上寻找跟月壤和月尘成分相近的物质，这些物质是地球上的天然岩石和矿物。我们通过调研中国东、南、西、北、中，各个地区的岩石、矿物和土壤，发现在吉林省长白山地区有一种火山渣，成分跟月球上“阿波罗14号”登月点采来的一种月壤成分相近。以这种火山渣作为初始物质，经过加工，然后经过广泛测试对比，我们研制成了中国首个模拟月壤国家标准样品。

模拟月壤不是只要看起来像就可以了，而是要真的跟月壤颗粒的形状、大小、成分等相似。当然，这种模拟仍然是有限的，因为它毕竟是在地球上形成的。

真实月壤是无价之宝，可能只有极少部分的月壤才会被拿来进行科学研究。在用真实月壤进行分析之前，我们可以用模拟月壤先进行一些测试，如果模拟月壤测试成功了，我们才能用真正的月壤。

比方说，月球车在模拟实验场进行测试的时候，就要用模拟月壤铺设一个实验场;着陆器登陆月球的实验，就要用模拟月壤进行;利用月壤生产氧气的实验，是要消耗月壤的，但是真正的月壤非常珍贵，不可能用来实验，就需要用模拟月壤代替。模拟月壤的目的，是通过实验了解月球探测面临的问题，以及未来在月球上生存需要解决的资源利用问题。

月壤最重要的功能是激励青少年

“嫦娥五号”带回了月壤，除了科学界翘首以盼之外，公众特别是青少年学生对月壤也充满了兴趣，他们提出了诸如“月壤能不能种菜？能不能种水稻？能不能种土豆？”等问题，我被问到的最有趣的问题是： “月壤闻起来是什么味道的？”

其实，我也不知道是什么味道，而且即便是真正登陆月球的航天员也不一定知道。因为月球上是真空，所以是不可能打开头盔闻的，一旦航天服漏气，性命都没法幸存。带回地球的月壤因为要完全隔绝地球的大气环境，一旦打开暴露在空气中，它就不是月壤了。

但是我猜测，真正吸入月壤时，应该是一种比较刺激的感觉。因为月壤中有单质的金属铁等还原性物质，在月球上的真空环境下，金属铁可以稳定存在，一旦接触呼吸道中的氧气，它马上就会被氧化，可能会给我们一个辣辣的，类似吸入胡椒粉的感觉。

我一直认为，月壤不仅有重要的研究价值，还有重要的科普价值和教育意义，它最重要的功能应该是激励青少年从小学科学、爱科学、用科学，吸引最优秀的学生选择科技作为职业，成为未来一代的科学家和工程师。为此，还要围绕月壤开发课程，提升教育功能。

月球将成为一个用不坠落的天然空间站

中国探月工程已经圆满收官，下一步努力的目标就是登月和月球驻留。再接下来，还会在月球上建立无人科考站，开始载人登月，然后是建立有人值守的月球基地，再从月球出发，去往更遥远的火星。只有当人类在地球和月球之间能够来去自如的时候，从地球出发移民火星的时间也就不远了。

月球是离地球最近的自然天体，也是地球唯一的天然卫星，中国人对月亮充满了感情，在中国人的叙事中，月亮是一个温暖的故乡，我们有很多关于月亮的神话故事、诗词歌赋，比如嫦娥奔月、吴刚伐桂、玉兔捣药、蟾宫览胜……未来二三十年内，中国人将从地球出发，在月球上建立永久基地，这个基地可能是小规模的。然后，月球基地会作为人类走向深空的中转站或跳板，月球将会成为一个永不坠落的天然空间站。

从月球上可以观测星空，成为天文研究基地;可以從月球上监测地球，成为对地监测站;还可以了解月球跟地球之间的差异，以更好地理解我们的家园——地球。