倾听“月壤”的诉说

2016-10-31 20:02
大众科学 2016年10期
关键词:月壤太阳风矿物

“土地”吐生万物者也。不论是青松翠柏,还是绿草红花,都是土壤孕育的绚烂生命。从高山到平原,从陆地到海洋,土壤在地球上随处可见。它们是由地球表层岩石矿物在大气、水以及生物的作用下,发生物理或化学变化,转变成松散碎屑物而形成的,这个过程被称为风化成土过程。

风化成土过程强烈地改变着地球的面貌,从湿热的南方雨林到干冷的北方草原,从陡峭嶙峋的山巅到幽深绵长的河谷,到处都可见它的影子。

遥望夜空,人们不禁会对月球——这个陪伴人类从远古走来的宇宙邻居,充满好奇和无限遐想,月球是否也会像地球一样,富有养育生命的土壤呢?

这一恒久的困惑,促使人们不断探索,直到近代阿波罗登月的成功实施,人类才得以近距离窥视月球的真容。原来,月球表面也像地球一样覆盖着一层月壤,只是月壤与地球土壤“性格”大不相同。月壤是一种细小灰黑色的物质,像一层细细的水泥,主要由橄榄石、辉石、钛铁矿、斜长石等矿物和胶结质玻璃组成,厚度从3米向下可达到十几米。

那么,月壤是怎么形成的呢?

与地球在水、生物等作用下的土壤形成过程不同,月壤的形成可谓是饱经劫难,在一次次的“打击”和“灼烧”下才有了今天的模样。

月球由于没有浓密的大气保护,很容易遭到陨石和微陨石的撞击。它们的撞击速度很大,能够达到10~20 km/s,因此即使质量很小的一块陨石,也能造成很大的破坏。

这些陨石的撞击,除了将月球表面砸出“坑坑洼洼”的地形外,还会造成岩石矿物的破碎、熔融和胶结。久而久之,月球表面便布满了细小的碎屑颗粒。

但这时候还不能称之为月壤,因为它还要经受太阳风的“灼烧”洗礼。太阳风是日冕向宇宙空间抛射的等离子体粒子流,由氢核、氦核和其他少量元素(C、N、O、Fe、Si等)的原子核形成,平均速度可以达到100~200 km/s。

对于没有全球性强大磁场保护的月球,这些高速运动的太阳风粒子便可以长驱直入到达月球表面,使矿物颗粒表面发生非晶化和溅射,继而沉积在细碎颗粒的表面,这一过程也改变了月表物质的结构和成分。此外,宇宙射线等其他作用也对月壤的形成和改造贡献着自己的力量。

就这样,在经历了四十多亿年的狂轰乱炸之后,月球表面形成了今日我们看到的土壤层。

虽然月球土壤并没有像人类幻想的那样能孕育出漂亮的花朵,但却并不是毫无用处。科学家们已经发现,强烈的太阳风辐射会给月壤注入大量的3He粒子,这是一种可以发电的清洁能源。据统计,月壤中存有一百万到五百万吨的3He,若按照1992年中国全年的用电量来计算的话,采用这些月壤里面的3He发电,可供中国连续使用60多万年呢。

月壤还是解开宇宙演化奥秘的一把神秘的钥匙,是太阳历史活动的忠实记录者。通过研究月壤颗粒的大小、成分以及其中赋存着的纳米铁的赋存形式、粒径和含量等性质,科学家们可以推算出月球表面经受陨石撞击的速度、形成年龄以及太阳风在不同时期作用的强度等信息,这为人类深入认识宇宙,更加清晰地把握自然规律,提供了很好的线索。

未来的我们,渴望着在天地间自由驰骋,在月球上开辟新的家园,月壤也将会是一个理想的建筑原材料。在月球上,月壤相比其他材料更容易获得,因此研究月壤的烧结建筑工艺,也是一个非常有意义的事情。或许未来有一天,人类真的可以在月球上建造一座“广寒宫”。(编辑/夏冬)

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