500毫克月球“土特產” 被用來幹了這三件大事

走近月壤研究②

月壤是月球表面月岩經過長期的隕石和微隕石撞擊、太陽風、宇宙射線輻射等太空風化作用形成的。月壤除了反映月表本身的物質組成以外，還是記錄太陽風等與月表相互作用的歷史以及外來物質增生信息的重要載體。

楊亞洲 中國科學院國家空間科學中心特別研究助理

7月12日，國家航天局探月與航天工程中心舉行了嫦娥五號任務第一批月球“土特產”發放儀式，來自13所科研機構的31份申請通過審核。

21份樣品總計17.4764克，其中包含6份光片樣共157.6毫克，13份岩屑樣共868.8毫克，2份粉末樣共16.45克。這標誌着月球樣品的科學研究工作正式啓動。

經過第一屆月球樣品專家委員會全體委員的評審和投票，中國科學院國家空間科學中心成功申請到500毫克月壤樣品。圍繞這些樣品，中國科學院國家空間科學中心將開展哪些研究？如何科學處理這些珍貴的月壤樣品？未來可能取得哪些科研成果？帶着這些問題，科技日報記者8月8日採訪了中國科學院國家空間科學中心的相關專家。

500毫克樣品可滿足分析測試需求

據瞭解，此次中國科學院國家空間科學中心獲得的500毫克月壤樣品均為粉末樣。

為什麼要全部申請粉末樣？中國科學院國家空間科學中心研究員劉洋解釋道，因為此次發佈可供申請的月壤樣品大部分是表面鏟取樣品，主要有岩屑樣和粉末樣兩類。其中粉末樣比較多，申請到的概率相對更大。因此，結合自身的研究特長和以往研究基礎，本次申請的全部為月壤粉末樣。

500毫克，聽起來非常少。那麼，這點兒月球“土特產”用來開展科學研究夠嗎？

“在進行分析研究時，樣品自然是越多越好。但是因為此次月壤樣品比較珍貴，為了確保樣品申請能夠獲得批准，研究人員在進行申請時大多會採取比較保守的策略評估所需的樣品量。”劉洋説，根據他們的設想，500毫克樣品足以滿足分析測試的需求。

月球樣品專家委員會主任、中國科學院院士朱日祥曾表示，對嫦娥五號帶回樣品的科學研究，主要有3方面成果值得期待：一是人才培養，過去中國科學家基本拿不到阿波羅月球樣品進行研究，現在依託嫦娥五號“揹回來”的月壤樣品，我們也可以培養自己的研究隊伍了；二是此次嫦娥五號採樣區是經過大量研究與論證的，所以對從該區域採回的月壤樣品進行研究，有可能對月球演化的動力學過程有突破性認識；三是對我國後續月球與深空探測具有重要的指導作用。

但是，科學研究總是充滿未知。“將這些樣品全部分析完，也找不到我們想看的現象，或者無法回答我們想解決的科學問題，也是有可能的。”劉洋坦言，不管怎麼樣，利用這些樣品開展科學研究，必將擴展我們對於月球的認識。

不同樣品能反映出月球的不同信息

中國科學院國家空間科學中心特別研究助理楊亞洲介紹，本次發放的月球樣品中的光片樣是將粉末或岩屑樣進行了一定的預處理，通常是用環氧樹脂等將樣品包埋後進行拋光製成的薄片，因此光片樣可以直接用來進行後續的測試分析。但是在光片樣的製備過程中，由於需要將月壤顆粒磨出一個平面來進行微區分析，因此磨拋過程中不可避免地會造成光片樣上顆粒樣品極微量的磨損。

岩屑樣是早期形成的月球岩石受到撞擊等影響後破碎形成的碎屑，其通常會保留原始月球岩石的礦物組成等信息。楊亞洲介紹，通過對岩屑樣進行巖相學、礦物學、地球化學等分析，有望反推其岩石成因。在岩屑樣中，相對比較容易找到適宜的礦物來進行同位素年代學分析。

而粉末樣主要就是指月壤。根據阿波羅返樣的分析結果，月壤顆粒的平均粒徑在幾十微米量級。“月壤是月球表面月岩經過長期的隕石和微隕石撞擊、太陽風、宇宙射線輻射等太空風化作用形成的。月壤除了反映月表本身的物質組成以外，還是記錄太陽風等與月表相互作用的歷史以及外來物質增生信息的重要載體。”楊亞洲説。

用顯微分析技術對月壤展開詳細研究

據瞭解，中國科學院國家空間科學中心團隊將對獲取的500毫克樣品開展太空風化作用、太陽風注入和撞擊殘留物3項研究工作，以期推進我們對月球乃至太陽系演化歷史的認識。

研究人員會採用哪些研究手段來進行分析，從而“讀出”自己想要的信息呢？

楊亞洲解釋道，研究團隊將採用一些顯微分析技術對月壤顆粒進行詳細的顯微結構分析與地球化學分析，同時結合光譜分析，來探究月壤顆粒與太陽風、微隕石等的相互作用過程，以及尋找可能的撞擊殘留物。

楊亞洲介紹，太空風化作用會強烈地改造月壤的表層微觀結構，形成大量的膠結物和納米鐵等，並會在宏觀上對反射光譜產生影響，是通過光譜數據準確解譯月表礦物成分等信息的主要障礙。研究人員通分析月壤顆粒的微觀晶體結構與元素分佈特徵，識別月壤顆粒中太空風化產物類型，例如納米鐵、非晶質包層等，從而探究月表太空風化作用的主導作用機制。

同時，月球水的可能來源包括太陽風注入形成的水、富含水的小天體撞擊加入的水和月球內部去氣作用產生的水。劉洋説，太陽風注入會導致月表水含量和氫同位素的變化，但目前對月表太陽風成因水的具體形成和賦存機制認識仍不足。而對月壤樣品開展太陽風注入的研究工作，就有可能揭示這一機制。

而隕石撞擊殘留物通常具有與原始月球岩石不同的地球化學特徵，尤其是強親鐵元素組成存在明顯區別。“因此，我們將首先對月壤顆粒進行初步篩選，然後進行微區強親鐵元素分析，來推測可能的撞擊體來源。”劉洋説。

劉洋表示，月球表層相對於其他類地行星能保存更完整的撞擊事件證據，識別撞擊體的母體可為太陽系動力學模型提供地球化學和年代學約束，但由於以往月表採樣點的侷限性，缺乏較年輕的地質記錄，限制了對太陽系小天體遷移歷史的理解。

嫦娥五號着陸區位於月球正面一處名為風暴洋的暗色熔岩平原北部。風暴洋是月球最大的月海，因其處於月表化學異常的KREEP地體內而受到科學界的關注。採樣點附近的呂姆克山是一座相對年輕的火山，地處月球上一塊規模較大的晚期玄武岩區域內。因此，利用此次嫦娥五號獲取的月球返回樣品，在月球火山活動和演化歷史等方面取得原創性的科學成果，將為我們進一步瞭解月球地質演化提供重要參考。