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85.48克月壤揭示奧秘何其多 月球奧秘正在揭開
時間:2024-06-24 14:35   來源:中國日報網(wǎng)   責(zé)任編輯:沫朵
  原標題:85.48克月壤揭示奧秘何其多 月球奧秘正在揭開

圖片

  嫦娥六號探測器示意圖。資料圖片

  中國科學(xué)院科研人員在用月壤樣品做實驗。 

  中國科學(xué)院科研人員在用月壤樣品做實驗。 



  “嫦娥石”理想晶體圖。中核集團核地研院供圖
 
  嫦娥六號即將回到地球,大家對它采集的月壤樣品充滿期待。而嫦娥五號帶回的月壤樣品,3年多來研究情況怎么樣?
 
  截至目前,國家航天局已向國內(nèi)131個研究團隊發(fā)放7批次共85.48克科研樣品,70余項多個領(lǐng)域研究成果在中外重要學(xué)術(shù)期刊發(fā)表。通過研究月壤,許多月球奧秘正在揭開。
 
  6月25日,完成月球背面采樣的嫦娥六號,就要帶著“月球包裹”出差回家,抵達地球了,首次月背采樣返回之旅即將結(jié)束。
 
  而在2020年12月17日,嫦娥五號從月球帶回1731克月壤樣品,這是人類首次獲得的月表年輕火山巖區(qū)樣品,也是中國科學(xué)家第一次擁有屬于自己的地外天體返回樣品。
 
  3年多來,國家航天局已向國內(nèi)131個研究團隊發(fā)放7批次共85.48克科研樣品,第一批國際申請已完成專家評審。目前共產(chǎn)出105篇科技論文,尤其發(fā)現(xiàn)了月球第六種新礦物“嫦娥石”,通過樣品的地質(zhì)定年將月球火山活動結(jié)束時間推遲了約8億年,創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)太陽風(fēng)成因機制等科學(xué)成果;在國家元首會見時,向俄羅斯、法國各贈送1.5克科研樣品;在國家博物館、黨史展覽館等場館長期展出,赴港澳等地公開巡展,充分發(fā)揮月球公益樣品科普價值。
 
  專家表示,雖然發(fā)放月壤樣品僅占采回樣品的5%左右,但取得的科學(xué)研究成就涵蓋了月球形成、演化、太空風(fēng)化作用與機制以及資源利用等多個領(lǐng)域,推動了我國行星科學(xué)的發(fā)展,培養(yǎng)了行星科學(xué)研究的人才隊伍,初步形成科學(xué)、技術(shù)、工程融合創(chuàng)新發(fā)展。
 
  測定月壤樣品形成年份,將月球火山活動結(jié)束時間推遲約8億年
 
  專家介紹,嫦娥五號月壤樣品采自月球的玄武巖單元,這些玄武巖是月幔形成的巖漿溢流到月表固化而成的巖石,它們記錄著月球演化的密碼。
 
  “嫦娥五號著陸區(qū)是月球最年輕的玄武巖單元之一,此前研究推測這一區(qū)域的年齡為10億至30億年,但這種推測方法存在極大的不確定性。”中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員賀懷宇介紹,利用自主研發(fā)的超高分辨定年技術(shù),我國研究團隊測定嫦娥五號月壤樣品玄武巖形成于20億年前,將月球火山活動的結(jié)束時間推遲了約8億年,并為撞擊坑定年曲線提供了關(guān)鍵錨點,大幅提高了內(nèi)太陽系星球表面撞擊坑定年的準確度。
 
  除了月球巖漿活動停止的確切時間外,月球最晚期巖漿活動的成因也一直是未解之謎。以前科學(xué)界存在兩種可能的解釋:巖漿中富含放射性元素以提供熱源,或富含水以降低熔點。
 
  然而,我國對月壤的 研究卻排除了這兩種主流觀點。
 
  研究人員發(fā)現(xiàn),嫦娥五號月壤樣品中的玄武巖初始熔融時并沒有富集鉀、稀土元素、磷的“克里普物質(zhì)”,這一結(jié)果否定了初始巖漿熔融熱源來自放射性生熱元素的假說。
 
  對于巖漿是否富含水,研究發(fā)現(xiàn),月幔的水含量僅為1—5微克/克,也就是說,月幔非常的“干”。
 
  基于以上研究,我國科學(xué)家提出新的年輕火山形成機制和月球熱演化模型,并對未來的月球探測和研究提出了新的方向和啟示。國際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表評述文章指出,“嫦娥五號任務(wù)在過去從未涉足的月球表面,帶回了迄今為止采集到的最年輕火山巖樣品,這些巖石的研究結(jié)果表明非常有必要修正已有的月球熱演化模型”。
 
  研究月表水成因,太陽風(fēng)為月球帶來可利用的水
 
  近10年來,諸多探測器和觀測結(jié)果都表明月表普遍存在水(OH/H2O),兩極含量高、赤道含量低,極區(qū)甚至有水冰,且隨日照時間發(fā)生動態(tài)變化?茖W(xué)家認為,太陽風(fēng)、火山噴發(fā)、小行星和彗星都有可能是月表上水的重要來源。但是,由于缺乏直接的樣品分析證據(jù),月表水的成因和分布一直存在爭議。
 
  中國科學(xué)家對嫦娥五號月壤樣品的 研究顯示,月表中緯度區(qū)域太陽風(fēng)在月壤顆粒表層中注入的水比以往認為的更多,而月球高緯度區(qū)域可能含有大量具有利用價值的水資源。
 
  研究人員通過氫與氘的比值分析證明,嫦娥五號月壤顆粒的最表層的水都是由太陽風(fēng)高速注入月球表面的?蒲腥藛T分析發(fā)現(xiàn),從太陽發(fā)射出的氫離子平均速度達到每秒450公里,它們就像子彈一樣打入月壤顆粒的表層。
 
  通過紅外光譜和納米離子探針分析,中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所科研團隊發(fā)現(xiàn),嫦娥五號礦物表層中存在大量的太陽風(fēng)成因水,根據(jù)估算,太陽風(fēng)質(zhì)子注入為嫦娥五號月壤貢獻的水含量至少為179ppm(濃度單位),相當于每噸月壤中至少含有170克的水。
 
  研究團隊基于再加熱實驗分析結(jié)果,對不同溫度下月壤顆粒中氫的保存開展了數(shù)值模擬,結(jié)果顯示太陽風(fēng)成因水可在月表中、高緯度地區(qū)得到較好保存。該研究證實了月表礦物是水的重要儲庫,為月表中緯度地區(qū)水的分布提供了重要參考。
 
  專家表示,這一發(fā)現(xiàn)對于未來月球水資源的利用具有重要意義。中國計劃在月球南極建科研站,研究表明月球南極區(qū)域的水含量,可能比人們以往認為的還要多,而且這些月壤中的水通過粒度分選和加熱,比較容易開采利用。
 
  研究月壤氦-3提取,為開發(fā)月球能源提供基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)據(jù)
 
  作為潛在的核聚變?nèi)剂,?3被認為是一種未來的能源。有科學(xué)家估算,如果有100萬噸的氦-3,就能為地球提供1萬年的清潔能源支撐。
 
  中核集團核工業(yè)北京地質(zhì)研究院高級工程師李軍杰介紹,氦-3在地球上儲量極低,而月球上儲量卻極為豐富。通過對嫦娥五號月壤樣品進行階段升溫提取氦-3的方式,科研人員確立了月壤氦-3的 萃取溫度參數(shù)。這些關(guān)鍵科學(xué)數(shù)據(jù)為我國今后月球氦-3資源總量估算,以及氦-3資源的勘探開發(fā)提供了基礎(chǔ)支撐。
 
  針對月球氦-3資源開采方法的研究,中國科學(xué)院寧波材料所、錢學(xué)森空間技術(shù)實驗室等聯(lián)合團隊發(fā)現(xiàn),月壤中鈦鐵礦顆粒表面都存在一層非晶玻璃。鑒于氦在鈦鐵礦中的高溶解度,研究人員認為氦原子首先由太陽風(fēng)注入鈦鐵礦晶格中,之后在晶格的溝道擴散效應(yīng)下,氦會逐漸釋放出來。而表層玻璃具有原子無序堆積結(jié)構(gòu),限制了氦原子的釋放,氦原子被捕獲并逐漸儲存起來,形成了氣泡。
 
  基于這一發(fā)現(xiàn),科研人員通過機械破碎方法在常溫下提取以氣泡形式儲存的氦-3,這一方式不需要加熱至高溫,為今后在月球原位開采氦-3資源提供新的可能性。
 
  發(fā)現(xiàn)“嫦娥石”,是人類在月球上發(fā)現(xiàn)的第六種新礦物
 
  從嫦娥五號月壤中,中核集團核工業(yè)北京地質(zhì)研究院科研人員還“挖”到了“嫦娥石”。“嫦娥石”是一種磷酸鹽礦物,呈柱狀晶體,存在于月球玄武巖顆粒中。
 
  據(jù)介紹,中核集團核工業(yè)北京地質(zhì)研究院月球樣品研究團隊,通過X射線衍射等一系列技術(shù)手段,在14萬個月球樣品顆粒中,分離出一顆粒徑約10微米大小的單晶顆粒,并成功解譯其晶體結(jié)構(gòu)。經(jīng)國際礦物學(xué)會(IMA)新礦物命名及分類委員會(CNMNC)投票通過,確證為一種新礦物,并被命名為“嫦娥石”。
 
  “嫦娥石”是人類在月球上發(fā)現(xiàn)的第六種新礦物,我國也成為世界上第三個在月球發(fā)現(xiàn)新礦物的國家。
 
  專家介紹,嫦娥六號任務(wù)之前,人類共對月球進行了10次采樣,均位于月球的正面。嫦娥六號探測器著陸區(qū)位于月球背面的南極—艾特肯盆地區(qū)域內(nèi),這片區(qū)域是月球最古老、最大的隕石撞擊坑。采集這里的樣品并進行分析研究,將填補人類獲取月球背面樣本的空白,深化人類對月球成因和太陽系演化歷史的認知。
 
  受訪科研人員表示,有嫦娥五號月壤研究的積累,他們對嫦娥六號樣品研究充滿期待,也滿懷信心。

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