飛向月球“挖土”去

□火星叔叔鄭永春

什么是月球采樣？

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是到月球上去“挖土”并帶回地球。通過(guò)地基天文望遠(yuǎn)鏡對(duì)月觀測(cè)、太空望遠(yuǎn)鏡和環(huán)月衛(wèi)星的遙感探測(cè)，以及無(wú)人駕駛月球車(chē)和阿波羅宇航員的月表巡視勘查，目前已經(jīng)知道幾乎整個(gè)月球表面都覆蓋著一層細(xì)粉狀的風(fēng)化物質(zhì)——月壤（Lunar Regolith）。

月壤是人類(lèi)用于研究月球的樣本，實(shí)際上月壤指的不僅僅是月球上的土壤（Lunar Soil），還包括臥或埋于粉狀風(fēng)化物中的直徑數(shù)米的巖石。由于長(zhǎng)期的小天體撞擊，大塊的基巖僅暴露于陡峭的山脈、撞擊坑和火山通道的峭壁等處。

在人類(lèi)的探月歷史上，有很多航天大國(guó)都曾到月球采樣。1969年7月至1972年12月，美國(guó)通過(guò)阿波羅11號(hào)到阿波羅17號(hào)載人飛船實(shí)施了7次載人登月任務(wù)，共帶回月壤和月巖樣品約381.7千克。而現(xiàn)在科學(xué)家對(duì)采集的月球樣品進(jìn)行的分類(lèi)，就是依據(jù)當(dāng)時(shí)處理阿波羅號(hào)帶回月球樣品所采用的分類(lèi)方法。

月壤的種類(lèi)是按照粒度大小進(jìn)行分級(jí)篩選的，共分成＞1cm、1cm～4mm、4mm～2mm、2 mm～1mm和＜1mm幾個(gè)部分。顆粒直徑≥1cm的部分在研究工作中被當(dāng)作巖石樣品來(lái)進(jìn)行研究，稱(chēng)為月巖（Lunar Rocks）；顆粒直徑＜1cm的部分當(dāng)作土壤樣品對(duì)待，按習(xí)慣也稱(chēng)為月壤，即狹義上的月壤（Lunar Soil）；其中顆粒直徑＜1mm的部分是整個(gè)月壤樣品的主要組成部分，在大部分月壤樣品中占總重量的90%以上。實(shí)際上，不管是月巖還是月壤，都采自月球的風(fēng)化層。

那么科學(xué)家為什么要費(fèi)這么多功夫去研究月壤呢？

月壤是從月球固體巖石圈到太陽(yáng)系空間的過(guò)渡帶，包含著相關(guān)區(qū)域的大量信息。月壤的研究不僅涉及月球本身，而且還包含太陽(yáng)系空間的物質(zhì)和能量的重要信息。對(duì)月壤層和月壤樣品的深入研究可提供豐富信息。

這些信息包括：太陽(yáng)系早期演化的歷史記錄；月巖和月壤的宇宙線(xiàn)暴露與輻照歷史；月球中揮發(fā)分的脫氣歷史；太陽(yáng)風(fēng)的組成和太陽(yáng)表層的成分特征；小天體和微隕石撞擊月球的歷史記錄，進(jìn)而推斷地球遭受小天體撞擊的歷史；月殼巖石圈的組成和分布特征，這對(duì)研究月球乃至地月系的演化歷史具有重要意義。

阿波羅16號(hào)取回的月球巖石樣本。

60016是阿波羅16號(hào)任務(wù)采集的樣品，是一塊易碎的、灰色的角礫巖。巖石孔隙度較大，有很多淺色和黑色的碎屑斑晶，代表不同的巖石和礦物。

除科學(xué)意義外，月壤還含有豐富的資源，包括：稀有氣體等氣體成分（特別是可用于可控核聚變的燃料氦-3）、鈦鐵礦、克里普巖（KREEP Rocks，富含K、REE和P）等礦物資源。

由于月壤處于月球的最表層，具有松散、非固結(jié)、細(xì)顆粒和易于開(kāi)采的特點(diǎn)，是未來(lái)月球基地建設(shè)、采礦、修路、資源提取的首選目標(biāo)。在可預(yù)見(jiàn)的相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，月壤的經(jīng)濟(jì)價(jià)值遠(yuǎn)高于下伏的基巖。因此，對(duì)月壤的精細(xì)研究，可提供月球資源開(kāi)發(fā)利用前景的重要信息，并為月球基地的選址提供重要的科學(xué)依據(jù)。

需要說(shuō)明的是，目前所謂的月球資源，是指對(duì)地球上的人類(lèi)具有潛在的開(kāi)發(fā)價(jià)值，還不具備商業(yè)開(kāi)發(fā)的價(jià)值。但是，利用月壤在月球上就地生產(chǎn)一些建筑材料、結(jié)構(gòu)部件、鋪設(shè)路面、生產(chǎn)氧氣和水等，對(duì)于人類(lèi)在月球上的長(zhǎng)期居留是十分必要的。由于地球和月球之間運(yùn)輸費(fèi)用十分昂貴，月壤資源的就地開(kāi)發(fā)利用，可以大大減少?gòu)牡厍蛏线\(yùn)到月球的運(yùn)貨量，從而降低經(jīng)費(fèi)投入。

親愛(ài)的小讀者們，你們也想登月球挖“月壤”？就讓我們一起靜靜地等候“嫦娥五號(hào)”的好消息吧。

嫦娥工程簡(jiǎn)介

在2006年2月由國(guó)務(wù)院發(fā)布的《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020）》中，第一次明確將“載人航天與探月工程”列入了國(guó)家16個(gè)重大科技專(zhuān)項(xiàng)之一。按照工程規(guī)劃，“嫦娥工程”分為“繞”“落”和“回”三步走。

2007年和2010年，我國(guó)發(fā)射了“嫦娥1號(hào)”和“嫦娥2號(hào)”，這兩顆衛(wèi)星都是月球軌道器，實(shí)現(xiàn)了“繞”的第一步驟；5年前的2013年，“嫦娥3號(hào)”在虹灣降落成功，并釋放月球車(chē)；“嫦娥4號(hào)”的任務(wù)是搭載相應(yīng)的科學(xué)設(shè)備，將在人類(lèi)歷史上首次在月球背面開(kāi)展低頻射電天文觀測(cè)。而通過(guò)“嫦娥5號(hào)”，將進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)“回”，即月面無(wú)人取樣返回的目標(biāo)。

月面采樣過(guò)程

1.著陸器會(huì)在月面采集巖石和月壤樣本并交給上升器。

2.上升器帶著樣品從月面點(diǎn)火起飛，與在繞月軌道上待命的返回器對(duì)接。

3.返回器收到樣本后，會(huì)在軌道器的助力下再次進(jìn)入月地轉(zhuǎn)移軌道，大約3～4天后回到地球。