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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(shí)間:2024-06-24 14:35   來(lái)源:中國(guó)日?qǐng)?bào)網(wǎng)   責(zé)任編輯:沫朵
  原標(biāo)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(hào)探測(cè)器示意圖。資料圖片

  中國(guó)科學(xué)院科研人員在用月壤樣品做實(shí)驗(yàn)。 

  中國(guó)科學(xué)院科研人員在用月壤樣品做實(shí)驗(yàn)。 



  “嫦娥石”理想晶體圖。中核集團(tuán)核地研院供圖
 
  嫦娥六號(hào)即將回到地球,大家對(duì)它采集的月壤樣品充滿期待。而嫦娥五號(hào)帶回的月壤樣品,3年多來(lái)研究情況怎么樣?
 
  截至目前,國(guó)家航天局已向國(guó)內(nèi)131個(gè)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)放7批次共85.48克科研樣品,70余項(xiàng)多個(gè)領(lǐng)域研究成果在中外重要學(xué)術(shù)期刊發(fā)表。通過(guò)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(hào),就要帶著“月球包裹”出差回家,抵達(dá)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(hào)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(guó)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(lái),國(guó)家航天局已向國(guó)內(nèi)131個(gè)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)放7批次共85.48克科研樣品,第一批國(guó)際申請(qǐng)已完成專家評(píng)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(guò)樣品的地質(zhì)定年將月球火山活動(dòng)結(jié)束時(shí)間推遲了約8億年,創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)風(fēng)成因機(jī)制等科學(xué)成果;在國(guó)家元首會(huì)見時(shí),向俄羅斯、法國(guó)各贈(zèng)送1.5克科研樣品;在國(guó)家博物館、黨史展覽館等場(chǎng)館長(zhǎng)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(jià)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(jī)制以及資源利用等多個(gè)領(lǐng)域,推動(dòng)了我國(guó)行星科學(xué)的發(fā)展,培養(yǎng)了行星科學(xué)研究的人才隊(duì)伍,初步形成科學(xué)、技術(shù)、工程融合創(chuàng)新發(fā)展。
 
  測(cè)定月壤樣品形成年份,將月球火山活動(dòng)結(jié)束時(shí)間推遲約8億年
 
  專家介紹,嫦娥五號(hào)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(hào)著陸區(qū)是月球最年輕的玄武巖單元之一,此前研究推測(cè)這一區(qū)域的年齡為10億至30億年,但這種推測(cè)方法存在極大的不確定性。”中國(guó)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(guó)研究團(tuán)隊(duì)測(cè)定嫦娥五號(hào)月壤樣品玄武巖形成于20億年前,將月球火山活動(dòng)的結(jié)束時(shí)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(diǎn),大幅提高了內(nèi)太陽(yáng)系星球表面撞擊坑定年的準(zhǔn)確度。
 
  除了月球巖漿活動(dòng)停止的確切時(shí)間外,月球最晚期巖漿活動(dòng)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(diǎn)。
 
  然而,我國(guó)對(duì)月壤的 研究卻排除了這兩種主流觀點(diǎn)。
 
  研究人員發(fā)現(xiàn),嫦娥五號(hào)月壤樣品中的玄武巖初始熔融時(shí)并沒(méi)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(lái)自放射性生熱元素的假說(shuō)。
 
  對(duì)于巖漿是否富含水,研究發(fā)現(xiàn),月幔的水含量?jī)H為1—5微克/克,也就是說(shuō),月幔非常的“干”。
 
  基于以上研究,我國(guó)科學(xué)家提出新的年輕火山形成機(jī)制和月球熱演化模型,并對(duì)未來(lái)的月球探測(cè)和研究提出了新的方向和啟示。國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表評(píng)述文章指出,“嫦娥五號(hào)任務(wù)在過(guò)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(yáng)風(fēng)為月球帶來(lái)可利用的水
 
  近10年來(lái),諸多探測(cè)器和觀測(cè)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(shí)間發(fā)生動(dòng)態(tài)變化。科學(xué)家認(rèn)為,太陽(yáng)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(lái)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(zhēng)議。
 
  中國(guó)科學(xué)家對(duì)嫦娥五號(hào)月壤樣品的 研究顯示,月表中緯度區(qū)域太陽(yáng)風(fēng)在月壤顆粒表層中注入的水比以往認(rèn)為的更多,而月球高緯度區(qū)域可能含有大量具有利用價(jià)值的水資源。
 
  研究人員通過(guò)氫與氘的比值分析證明,嫦娥五號(hào)月壤顆粒的最表層的水都是由太陽(yáng)風(fēng)高速注入月球表面的?蒲腥藛T分析發(fā)現(xiàn),從太陽(yáng)發(fā)射出的氫離子平均速度達(dá)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(guò)紅外光譜和納米離子探針?lè)治,中?guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),嫦娥五號(hào)礦物表層中存在大量的太陽(yáng)風(fēng)成因水,根據(jù)估算,太陽(yáng)風(fēng)質(zhì)子注入為嫦娥五號(hào)月壤貢獻(xiàn)的水含量至少為179ppm(濃度單位),相當(dāng)于每噸月壤中至少含有170克的水。
 
  研究團(tuán)隊(duì)基于再加熱實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果,對(duì)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(yáng)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(shí)了月表礦物是水的重要儲(chǔ)庫(kù),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(duì)于未來(lái)月球水資源的利用具有重要意義。中國(guó)計(jì)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(rèn)為的還要多,而且這些月壤中的水通過(guò)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(rèn)為是一種未來(lái)的能源。有科學(xué)家估算,如果有100萬(wàn)噸的氦-3,就能為地球提供1萬(wàn)年的清潔能源支撐。
 
  中核集團(tuán)核工業(yè)北京地質(zhì)研究院高級(jí)工程師李軍杰介紹,氦-3在地球上儲(chǔ)量極低,而月球上儲(chǔ)量卻極為豐富。通過(guò)對(duì)嫦娥五號(hào)月壤樣品進(jìn)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(guó)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(duì)月球氦-3資源開采方法的研究,中國(guó)科學(xué)院寧波材料所、錢學(xué)森空間技術(shù)實(shí)驗(yàn)室等聯(lián)合團(tuán)隊(duì)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(rèn)為氦原子首先由太陽(yáng)風(fēng)注入鈦鐵礦晶格中,之后在晶格的溝道擴(kuò)散效應(yīng)下,氦會(huì)逐漸釋放出來(lái)。而表層玻璃具有原子無(wú)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(chǔ)存起來(lái),形成了氣泡。
 
  基于這一發(fā)現(xiàn),科研人員通過(guò)機(jī)械破碎方法在常溫下提取以氣泡形式儲(chǔ)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(hào)月壤中,中核集團(tuán)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(tuán)核工業(yè)北京地質(zhì)研究院月球樣品研究團(tuán)隊(duì),通過(guò)X射線衍射等一系列技術(shù)手段,在14萬(wàn)個(gè)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(guó)際礦物學(xué)會(huì)(IMA)新礦物命名及分類委員會(huì)(CNMNC)投票通過(guò),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(guó)也成為世界上第三個(gè)在月球發(fā)現(xiàn)新礦物的國(guó)家。
 
  專家介紹,嫦娥六號(hào)任務(wù)之前,人類共對(duì)月球進(jìn)行了10次采樣,均位于月球的正面。嫦娥六號(hào)探測(cè)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(jìn)行分析研究,將填補(bǔ)人類獲取月球背面樣本的空白,深化人類對(duì)月球成因和太陽(yáng)系演化歷史的認(rèn)知。
 
  受訪科研人員表示,有嫦娥五號(hào)月壤研究的積累,他們對(duì)嫦娥六號(hào)樣品研究充滿期待,也滿懷信心。

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