飞向月球“挖土”去

2020-01-11 01:05火星叔叔郑永春
家教世界·创新阅读 2020年12期
关键词:月壤挖土嫦娥

火星叔叔郑永春

什么是月球采样?

简单来说就是到月球上去“挖土”并带回地球。通过地基天文望远镜对月观测、太空望远镜和环月卫星的遥感探测,以及无人驾驶月球车和阿波罗宇航员的月表巡视勘查,目前已经知道几乎整个月球表面都覆盖着一层细粉状的风化物质——月壤(Lunar Regolith)。

月壤是人类用于研究月球的样本,实际上月壤指的不仅仅是月球上的土壤(Lunar Soil),还包括卧或埋于粉状风化物中的直径数米的岩石。由于长期的小天体撞击,大块的基岩仅暴露于陡峭的山脉、撞击坑和火山通道的峭壁等处。

在人类的探月历史上,有很多航天大国都曾到月球采样。1969年7月至1972年12月,美国通过阿波罗11号到阿波罗17号载人飞船实施了7次载人登月任务,共带回月壤和月岩样品约381.7千克。而现在科学家对采集的月球样品进行的分类,就是依据当时处理阿波罗号带回月球样品所采用的分类方法。

月壤的种类是按照粒度大小进行分级筛选的,共分成>1cm、1cm~4mm、4mm~2mm、2 mm~1mm和<1mm几个部分。颗粒直径≥1cm的部分在研究工作中被当作岩石样品来进行研究,称为月岩(Lunar Rocks);颗粒直径<1cm的部分当作土壤样品对待,按习惯也称为月壤,即狭义上的月壤(Lunar Soil);其中颗粒直径<1mm的部分是整个月壤样品的主要组成部分,在大部分月壤样品中占总重量的90%以上。實际上,不管是月岩还是月壤,都采自月球的风化层。

那么科学家为什么要费这么多功夫去研究月壤呢?

月壤是从月球固体岩石圈到太阳系空间的过渡带,包含着相关区域的大量信息。月壤的研究不仅涉及月球本身,而且还包含太阳系空间的物质和能量的重要信息。对月壤层和月壤样品的深入研究可提供丰富信息。

这些信息包括:太阳系早期演化的历史记录;月岩和月壤的宇宙线暴露与辐照历史;月球中挥发分的脱气历史;太阳风的组成和太阳表层的成分特征;小天体和微陨石撞击月球的历史记录,进而推断地球遭受小天体撞击的历史;月壳岩石圈的组成和分布特征,这对研究月球乃至地月系的演化历史具有重要意义。

除科学意义外,月壤还含有丰富的资源,包括:稀有气体等气体成分(特别是可用于可控核聚变的燃料氦-3)、钛铁矿、克里普岩(KREEP Rocks,富含K、REE和P)等矿物资源。

由于月壤处于月球的最表层,具有松散、非固结、细颗粒和易于开采的特点,是未来月球基地建设、采矿、修路、资源提取的首选目标。在可预见的相当长的时间内,月壤的经济价值远高于下伏的基岩。因此,对月壤的精细研究,可提供月球资源开发利用前景的重要信息,并为月球基地的选址提供重要的科学依据。

需要说明的是,目前所谓的月球资源,是指对地球上的人类具有潜在的开发价值,还不具备商业开发的价值。但是,利用月壤在月球上就地生产一些建筑材料、结构部件、铺设路面、生产氧气和水等,对于人类在月球上的长期居留是十分必要的。由于地球和月球之间运输费用十分昂贵,月壤资源的就地开发利用,可以大大减少从地球上运到月球的运货量,从而降低经费投入。

亲爱的小读者们,你们也想登月球挖“月壤”?就让我们一起静静地等候“嫦娥五号”的好消息吧。

嫦娥工程简介

在2006年2月由国务院发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020)》中,第一次明确将“载人航天与探月工程”列入了国家16个重大科技专项之一。按照工程规划,“嫦娥工程”分为“绕”“落”和“回”三步走。

2007年和2010年,我国发射了“嫦娥1号”和“嫦娥2号”,这两颗卫星都是月球轨道器,实现了“绕”的第一步骤;5年前的2013年,“嫦娥3号”在虹湾降落成功,并释放月球车;“嫦娥4号”的任务是搭载相应的科学设备,将在人类历史上首次在月球背面开展低频射电天文观测。而通过“嫦娥5号”,将进一步实现“回”,即月面无人取样返回的目标。

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