月壤长得啥模样

柯彤

2021年2月，“嫦娥五号”探测器带回的月球土壤首次公开亮相。

2月27日上午，月球样品001号·见证中华飞天梦”展览在国家博物馆对公众开放。

公开展示的月壤样品有100克，装在人造水晶材质的容器中，整体借鉴了青铜“尊”造型，外部高为38.44厘米，象征地球与月亮间平均间距384400干米，宽为22.89厘米，象征“嫦娥五号”自发射到返回任务总时长22.89天。

容器内部造型由地球、中国地图、月球，以及月壤等组成，月壤储存在中间空心夹层球体之中。月壤呈现出形似月球的造型。下部地球造型黁砂透光，上面的中国地图透光突出，象征华夏大地对月亮的长久情意。容器内设计的地球与月球间相隔9.9厘米，取意古人所描绘的“天有九霄”，寓意中国探月突破极限、跨越九重天。

回顾这次探月取土过程，至今还历历在目。2020年11月24日，“嫦娥五号”探测器成功发射，12月17日，返回舱安全着陆带回了总共1731克月球样品，首次实现了我国地外天体采样成功返回。

此前，从1969年到1972年，美国共完成6次载人登月，带回约381千克月球样品。970年到1972年间，苏联的3颗月球探测器则一共取回约321克月壤和岩心样本。

另外，1978年，美国赠给了我国1克月壤。中国当时没有能力登月，学者把这珍贵的1克月壤分成了两半，0.5克拿去做研究，0.5克留在北京天文馆内展出。

月球取土有多少

1731克，有人觉得并不多，其实这已经不少！

美国是采用人工取土的方式，采集量大，而“嫦娥五号”的月球车通过机器臂来收集表层月壤，所有操作又都需要地面人员远程参与，因此过程相当复杂。

嫦娥五号”探测器是目前我国研制的最复杂的航天器系统之一，由轨道器返回器、着陆器，以及上升器等组成。其中，着陆器和上升器组成“摘月战队”，共同开展月面工作;轨道器和返回器组成“返地战队”，负责带月壤返回地球。自动采样是任务关键。经过严苛论证，专家决定采取两种挖土模式，分别是钻具钻取和机械臂表取。

钻取是通过空心钻杆的取芯机构，钻到月球表面两米以下处，得到深层样品的信息。表取则是采用机械臂未端的固定铲挖型采样器，进行表层和次表层月壤采集，多点、多次采样。

采样过程重要，保证样品不受污染同样重要。相对月面极高真空环境，而地球大气中既有气体成分，又有飘浮的固体颗粒，月球样品若接触到这些物质会被污染，科研价值将大打折扣。表取的初级封装装置像一个“小罐子”，安置在着陆器里。虽然看上去它仅仅是个容器，其实里面有复杂的传动机构，靠2个电机驱动可以完成22个复杂的动作。

“小罐子”的罐体内外分层，将钴取和表取的月壤分开保存。钻取月壤放在夹层的软袋子里，表取月壤放在内胆里。针对月球极高真空、高低温环境和月尘干扰，密封封装采用了橡胶圈和金属挤压相结合的方式。

这其中的取芯软袋，是由凯夫拉高分子纤维做成的一体化编织软袋，被反套在取芯管外壁。钴取的月球样品进入取芯管后，取芯软袋拉绳随之上提，样品就被自动装进软袋。

除了采样，“嫦娥五号”探测器还配置了相机、月壤结构探测仪和月球矿物光谱分析仪等多种有效载荷，担负了除采样以外的多种任务，比如对月表形貌及矿物组分探测与研究等。正因为有了其他载荷和任务，月壤的采集量就要量力而行。

月壤里的秘密

“嫦娥五号”返回器带着月壤回家了，于是有网友提出一个有趣的问题：这种土壤能种菜吗？

答案可能要让大家失望了！

原来，所谓的月壤其实是一层沙，或许叫月沙更准确一些，它几乎完全是由天体撞击作用形成的。体积较大的基岩在小天体的撞击作用下，不断打碎、混合和翻动，最终在月球表面形成了一层数米到十几米厚的沙土层。月壤颗粒直径多小于1厘米。直径在1厘米以上的月岩，和地球上的火山岩类似，但也存在很大不同。

这些颗粒主要由氧、硅、铁、钙、铝，以及镁等元素构成，不含有任何有机养分，而且非常干燥，所以无论种菜还是种谷物都是不可能的。

还有的观众发现，月球样品里面好像还有玻璃颗粒。一般来说，我们知道的玻璃是现代工业的产物，它怎么会出现在月球呢？

如果看过月球照片或者实际观测过月球，你会发现，月面上布满了大大小小的环形山，这些环形山大多是被早期小行星撞击而成。月球没有大气层的保护，这些小天体撞击月面的速度高达每秒十几千米到几十千米不等，撞击产生高温高压，能够熔融二氧化硅，产生大量的天然玻璃状物质。

采回的月壤有啥用

首先，月球表面几乎被月壤覆盖，这意味着，环绕月球轨道上的所有探测器直接探测的对象并非岩石，而是月壤，所以对月壤的研究会直接影响探测结果的准确性。

其次，月壤是未来月球资源的首选利用对象。月壤中含有丰富的氨-3，大概是地球含量的百万到千万倍级。氨-3是未来核聚变的可选燃料之一，100吨氨-3所能创造的能源相当于全世界一年消耗的能源总量。发现能源，也是地球人关注月球的目的之一。

最后，本次采回的月壤還有特殊价值此前，科学家通过对美国和苏联带回的月球样品的研究发现，月球上的火山活动在35亿年前达到顶峰，然后减弱并停止。月球表面其他特征的观测表明，某些区域可能含有最近10亿至20亿年前才形成的火山熔岩，这又说明月球上的火山活动可能停止得相对较晚。

我们自己采回来的样品来自月球“风暴洋”北部吕姆克山脉附近。这个地方其他国家从未到访过，该地存在大约13亿至20亿年前的玄武岩，获得这些年轻玄武岩的同位素年龄，将有助于推进对月球火山活动和演化历史的认识。

百闻不如一见，听完月宮取土的故事，你是不是想去一睹月壤的真容呢？我们就国家博物馆见吧！