月壤里的秘密

2021-04-19 10:24牙牙
学苑创造·B版 2021年4期
关键词:月壤陨石大气

牙牙

2020年12月17日1时59分,嫦娥五号返回器携带月球样品,在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆,嫦娥五号的探月工程任务取得圆满成功。

42年前,美国总统卡特曾赠送给中国1克月球岩石样品。中国科学院院士、探月工程重大专项领导小组高级顾问欧阳自远回忆:“当年把样品取回来后,我看到是一块装在有机玻璃里面的小石头。美国人在樣品上面做了一个放大镜。用放大镜看,样品像大拇指一样大,但实际只有黄豆一般大小。”然而,就是从美国赠送的这仅仅1克重的月壤开始,中国开启了向太阳系星辰大海挺进的征程,如今我们自己从月球带回了1731克月壤!

月壤与地球土壤有何不同

月球的表面不是坚硬的岩石,而是一层松散的土壤,科学家称之为“月壤”。网上有个很有趣的问题:“当年各国收到美国赠送的月壤后,如何确认月壤真的来自月球?”其实月壤与地球上的土壤有很大的差异。地球上的土壤通常是指地球陆地表面一层疏松的物质,由岩石风化形成的细粒矿物质、生物遗留的有机质、水分、空气以及微生物等组成,具有一定肥力,能够让植物生长。

但是,月球的自然环境与地球完全不同。月球上没有大气,没有水源,也没有生物,月壤的形成多靠“太空风化”(由于没有大气保护,月壤被直接暴露在太阳辐射和微陨石的轰击之下,导致其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”)。由于形成过程没有生物活动参与,因此月壤里没有有机质。此外,组成月壤的矿物粉末基本上是由陨石破碎后形成,因此月壤颗粒有十分锋利的锐角。

不仅如此,因为月球也没有磁场的保护,太阳风(主要由氢离子等组成)会直接注入月壤颗粒表面,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,其所产生的巨大的能量会使月表部分物质熔融,形成玻璃,部分物质气化,再重新凝结,成为月壤组成的一部分。

所以,想用地球土壤冒充月壤,几乎是不可能的。

月壤藏着许多秘密

月壤中藏着太阳的秘密。由于月壤一直暴露于太阳辐射之下,太阳的物质以太阳风的形式注入月壤颗粒中,从而得到保存。完整的月壤剖面,记录了长达30多亿年的太阳辐射历史和其间注入的太阳物质。

月壤中还藏着地球的秘密。月球自形成以来,一直在不断远离地球。在地质历史早期,月球远比今天更靠近地球。除了太阳风,月球还一直被地球风吹拂着,特别是在30多亿年前。因此,月球正面的月壤还注入了来自古老地球的大气物质。科学家提出,通过比较月球正面和背面的月壤,可以识别出来自地球大气的成分,从而研究出30多亿年前地球大气的组成和地球磁场。

最后,月壤中当然还藏着月球本身的秘密。月球表面不断受到陨石的撞击,溅射出来的物质一层一层地堆积在月球表面。因此,月壤剖面记录了30多亿年来的陨石撞击历史,而且这段记录同样也适用于地球。地球上的绝大部分陨石坑都被地质作用“擦除”了,目前在地球表面发现的陨石坑仅有170多个。可以说,月球是一台完美的记录仪,保存了最完整的陨石撞击历史。

要想探月,必须研究月壤

月球表面几乎完全被月壤所覆盖,在人类开展无人着陆和巡视探测时,月壤表面扬起的月尘会覆盖在各种传感器表面,充填在仪器的缝隙里,直接对探月工程的实施构成安全威胁。此外,月表重力仅是地球重力的1/6,而且月壤颗粒的电磁性发生了改变,因此月壤的黏附力很强,宇航员出舱工作时全身极易粘满月壤颗粒。这些颗粒虽然极细微,却像刀尖一样锐利,很可能会给宇航员的安全带来重大威胁。因此对月壤的认识和研究,是月球探测,以及未来建立月球基地、开发月球资源等项目不可或缺的基础。

航天人与科学家的脚步从未停歇,他们用智慧与勇气将探索之心印刻在月壤上,相信月壤也将向我们展示更多的秘密。

(注:文章根据科学大院、中国科普博览、央视军事等公众号登载的相关内容整理)

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