“玉兔年年釀丹桂，金蟾日日搗玄霜”，從古至今，人們對于月球上所擁有的一切事物仍然有著一顆極大的好奇心。2020年12月，我國成功利用嫦娥五號月球探測器取回了1731克月球土壤。這些月球土壤，得以讓我們從中窺透一些與月球乃至宇宙相關(guān)的奧秘。
月球上古老的巖石已經(jīng)使得科學(xué)家迷惑不已，然而，和這些巖石周圍的土壤相比，巖石甚至稱得上是年輕的。地球上的土壤通常是經(jīng)過成千上萬年的風(fēng)吹、日曬和雨淋，由巖石風(fēng)化形成的細(xì)粒礦物質(zhì)，是一層疏松的物質(zhì)，并且其中還摻有有機(jī)質(zhì)、水，還含有微生物等。地球上土壤的形成，除了這些物理及化學(xué)作用之外，生物的活動是其最重要的特征。盡管風(fēng)化作用短時(shí)間內(nèi)不容易被察覺到，卻一直在改變著地球上的地形地貌。
但存在于沒有任何空氣的太空之中的月亮，既沒有風(fēng)，也沒有任何生物能夠活動，又是如何形成月壤的呢？由于沒有大氣，月壤是直接暴露在太陽輻射下的，并且時(shí)不時(shí)還伴隨著微隕石的轟擊，其組成和物理性質(zhì)逐漸發(fā)生了改變，于是科學(xué)家們便將這個(gè)過程稱之為“太空風(fēng)化”。在過去的四十多億年里，小行星沖撞所產(chǎn)生的粉碎、熔融、粘合及混合等這些物理過程，在很大程度上改變了月球表面。于是，在太空風(fēng)化的共同作用下，月球表面形成一層廣泛分布、厚約2~15m的月壤。
與地球土壤中所富含微生物和有機(jī)養(yǎng)分不同，月壤中不含有任何有機(jī)養(yǎng)分，并且十分干燥，無論是種菜或是種土豆都是不可能的。那么，專注于對月壤進(jìn)行分析研究有什么作用？事實(shí)上，通過月壤中巖石的類型成分就能夠去推斷月球的地質(zhì)變遷，月球的表面幾乎是完全被月壤所覆蓋的，如果沒法了解月壤的特點(diǎn)，那么月壤對于探月儀器和宇航員來說都是個(gè)不小的威脅。月球探測時(shí)不了解月壤，就很可能得不到正確的科學(xué)結(jié)論。并且月壤中存在天然的鐵、金、銀、鉛等礦物顆粒，不僅含有金和鋅的銅礦顆粒，還含有少量錫和銅雜質(zhì)的銻礦顆粒等。其中，一種在地球上幾乎不存在的氦氣同位素氣體——氦-3，這種核聚變反應(yīng)中最理想的原材料也在其中，氦-3在熱核反應(yīng)堆中沒有中子，并且因?yàn)椴粫a(chǎn)生輻射，對環(huán)境也不會造成任何危害。
月壤中所含的元素是通過各種儀器來進(jìn)一步分析確定的，例如X射線熒光光譜儀可以在不破壞月壤樣品的情況下對元素進(jìn)行定性和半定量分析，是月壤元素分析必不可少的設(shè)備；電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀能夠?qū)υ氯乐形⒘吭剡M(jìn)行定量分析，從而確認(rèn)月壤中元素的精確含量；氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀能夠?qū)Σ牧现械挠袡C(jī)物進(jìn)行定性和定量分析，從而檢測月壤中部分化合物的含量，助力全面解析月壤成分。
科學(xué)家們對采集到的月壤樣品中的巖石和礦物進(jìn)行了密集、高強(qiáng)度的元素和同位素分析，并在此基礎(chǔ)上開展了系統(tǒng)的年代鑒定?？茖W(xué)家們利用掃描電子顯微鏡對粒徑只有500微米的玄武巖巖屑進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)可定年的磷灰石粒徑普遍在5~10微米之間，并且得到了“月球直至19.6億年前仍存在巖漿活動”這一項(xiàng)重大成果。科學(xué)家們還用詳盡的微區(qū)原位高分辨率二次離子質(zhì)譜定年數(shù)據(jù)和堅(jiān)實(shí)的巖石礦物地球化學(xué)數(shù)據(jù)。此外，確定月球年輕巖漿活動的精確年齡還可以校準(zhǔn)用于確定月球和其他行星表面年齡的隕石坑計(jì)數(shù)技術(shù)——遙感隕石坑直徑頻率分布定年法。
他們利用單顆粒樣品操縱、掃描電鏡形貌觀察、聚焦離子束精細(xì)加工、透射電鏡結(jié)構(gòu)解析等一系列分析方法，獲得了單個(gè)嫦娥五號月壤顆粒表面的硅酸鹽、氧化物、磷酸鹽和硫化物的太空風(fēng)化作用信息。我國自己帶回來的月壤的分析，為月球中緯度的太空風(fēng)化作用提供了更多的認(rèn)識，帶來更多獨(dú)特的角度，也為月球遙感光譜校正模型在月球中緯度的適用性提供了支撐。
想要探月，就必須要研究月壤。如果可以繼續(xù)對月壤加以研究，那么我們不僅僅能夠了解到月球上的風(fēng)化作用，還有機(jī)會可以了解太陽初期的演化歷史進(jìn)程、太陽風(fēng)和太陽表層的組成和成分特征等相關(guān)數(shù)據(jù)。探索月球只是我們向太空所邁出的一小步，人類終將會走得更遠(yuǎn)。
(資料參考來源：科學(xué)日報(bào)、知網(wǎng)、知乎、央視新聞)
原標(biāo)題：透過一粒月壤看向整片太空
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