“月球快递”已签收，“土特产”研究拉开序幕

郑永春

2020年12月19日，国家航天局正式向中国科学院移交了“嫦娥五号”从月球上采集回来的1731克的月壤和岩石样品，中国科学院国家天文台已建成月球样品实验室，专门用来保存、分配这些月壤和岩石，并组织科学家开展科学研究。

月壤已回，新的探索拉开序幕。

月壤再临地球

科技的大厦不是一天建成的，而是要长期地积累。上一次的月球采样，已经是半个世纪以前了。1969年到1972年间，美国“阿波罗”计划一共采回了381.7千克的月球岩石和土壤。1978年，美国送给中国1克月球样品。中国科学院组织科学家对0.5克样品进行研究，发表了14篇论文，剩余的0.5克样品则被保存在北京天文馆进行展出。

月球的土壤结构跟地球的土壤结构有些相似。在月球表面，有一层1-2厘米厚的月尘，然后是3-10米厚的月壤，里面还有大大小小的石块。月壤层之下，才是真正的基岩。按照此前的经验，在月球样品中，颗粒直径大于1厘米的石块，会被当成岩石来研究;直径小于1厘米的，被当成月壤进行研究;颗粒直径更小的物质，会被当成月尘进行研究。不同的月球样品.来自月球上的不同地区，蕴含着不同的科学信息。科学家把岩石切成薄片，在显微镜下观察，进行微量元素和主量元素的分析，进行矿物组成的分析，进行同位素的定年，等等。通过这些细致而全面的研究工作，我们可以知道月球样品的类型、形成年代和形成环境。

可能有人会说，美国已经采了300多千克的月壤，我们的1731克月壤是不是少了一点？但是，对于月球样品来说，质量不是问题，因为现在的分析技术已经很先进了，仪器的高精尖程度比50年前有了巨大的进步，不用说1731克，即便是1/10的样品，就已经可以满足所有的分析需求了。从科学家的角度，我们更希望从月球上的不同地区，采集多样化的月球土壤，因为不同地区的月壤中含有更丰富的信息。

为何要模拟月壤

现在有很多人都觉得，研究月球是多么高大上、多么光荣的一件事情，但在20年前，也就是我刚刚读研究生时，我国研究月球的人屈指可数。而且，我们在做研究时，一没有样品，二没有数据，三没有观测用的仪器设备。所有的研究工作只能先调研，站在前人的肩膀上。

在经过大量的前期调研之后，我们发现月壤是可以模拟的。

“阿波罗”登月和苏联无人采样采回来的月壤，其数据、成分都已公布。通过调研全国各地区的岩石、矿物和土壤，我们发现在吉林省长白山地区有一种火山渣，成分跟月球上“阿波罗14号”登月点采来的一种月壤成分相近。以这种火山渣作为初始物质，经过加工，然后经过广泛的测试对比，我们研制成了中国首个模拟月壤国家标准样品。

模拟月壤不只是看起来像就可以了，还要真的跟月壤颗粒的形状、大小、成分等物理性质和化学性质相似。当然，这种模拟仍然是有限的，因为它毕竟是在地球上形成的。

真实的月壤是无价之宝，可能只有极少部分的月壤会被拿来进行科学研究。在用真实的月壤进行分析之前，可以用模拟月壤先进行一些测试，

如果模拟月壤测试成功了，才会用真正的月壤。此外，要利用月壤进行原位资源利用的研究，包括3D打印、生产氧气、提取水等，这些原位资源利用实验要消耗大量样品，最好也用模拟月壤来代替，因为真实的月壤是极为珍贵的。

月壤可以激励青少年

“嫦娥五号”带回了月壤，除了科学界翘首以盼，公众特别是青少年学生对月壤也充满了兴趣，他们提出了诸如“月壤能不能种菜、能不能种水稻、能不能种土豆”等问题，我被问到的最有趣的问题是“月壤闻起来是什么味道”。

其实，我也不知道月壤闻起来是什么味道，即便是真正登陆月球的航天员也不一定知道。因为月球上是真空，所以是不可能打开头盔去闻的，一旦航天服漏气，航天员就会有性命之忧。带回地球的月壤也要完全隔绝地球的大气环境，因为一旦暴露在空气中，它就不再是原来的月壤了。

我推测，真正闻月壤时，应该是一种比较刺激的感觉。因为月壤中有单质的金属铁等还原性物质，在月球的真空环境中，金属铁可以稳定存在，一旦接触呼吸道中的氧气，它马上就会被氧化，可能会给我们一种类似吸入胡椒粉的感觉。

我一直认为，月壤不仅有重要的研究价值，还有重要的科普价值和教育意义，它最重要的功能之一应该是激励青少年从小学科学、爱科学、用科学，吸引更多优秀的学生选择科研作为职业，成为未来的科学家和工程师。为此，还要围绕月壤开发课程，提升教育功能。

研究月壤是為了更好地开发月球

同为土壤，月壤跟地球土壤有什么不同呢？

地球上的土壤是在风霜雨雪的作用下，经历物理风化、化学风化、生物风化等过程才形成的。月球上没有水、空气和微生物，因此月壤跟地球土壤是不同的，这也是现在保存月壤的一个首要前提，要隔绝与地球大气、水的接触，防止月壤与它们发生化学反应，受到污染。

月壤，实际上是月球表面的岩石经过小行星和微陨石撞击、宇宙射线照射和剧烈昼夜温差，经历了几十亿年的太空风化过程才形成的。由于整个月球表面都覆盖着一层月壤，用探月卫星得到的探测数据，其实就是月壤发给我们的信息。未来人类要利用月球资源，首要的目标也是月壤。

我们研制的模拟月壤，粉尘非常细，颗粒直径只有几十微米，有些甚至是PM2.5，即颗粒直径为2.5微米，同时棱角很尖锐。因为月壤没有经历像地球土壤那样的磨蚀过程，纯粹是小行星撞击砸出来的。如果月壤进入月球车的轮子内部或者机械设备的连接处，或者覆盖在太阳能电池板上，就会干扰月球车和月球探测器的正常工作。如果进入航天员的呼吸系统，就会对航天员的身体健康和心理感受造成损害。所以，我们必须深刻地理解月壤和月尘，才能使航天员更安全地在月球上驻留。

中国探月工程“绕、落、回”三步走已经圆满收官，但“探、登、驻”三大阶段已在路上。探月阶段完成之后，必然要进行登月和月面驻留的工作，对月壤的研究就是为了将来更好地开发月球。

月壤的小秘密

与地球土壤不同，月壤颗粒的棱角突出，呈多边形，颗粒之间的摩擦力很大。所以，月球表面的月壤一旦压实，比较容易保持原来的形状。去过沙漠的人都知道，脚印踩完之后，边缘很快就塌掉了，因为沙子之间的摩擦力很小，很难保持稳定的形状。但如果把沙子里掺上水，脚印就特别清晰，这是因为沙子之间的黏结力增强了，能够保持一定的形状。在月球上踩下的脚印，就像在潮湿的沙滩上踩下的脚印。

月球上只有黑、白、灰3种颜色，没有彩色，但是月壤中发现了一些绿色的、橘黄色的玻璃珠，可能是火山喷发形成的火山玻璃。通过对这些颗粒的研究，可以了解月球火山形成的过程。

月球上的岩石

月球的岩石类型要比地球上的简单得多。月球岩石基本上都是岩浆岩，因为月球上没有河流的搬运作用，所以就没有沉积岩。月球上也没有高温高压的过程，所以也就没有变质岩。

月球上的岩石主要分为三大类。第一类是斜长岩，主要分布在月陆地区。斜长岩的主要成分是铝和钙的硅酸盐，铝和钙组成了浅色的矿物，所以月陆的表面反射太阳光的能力较强，看起来比较明亮。第二类是玄武岩，月球上颜色比较深的地方叫月海，月海中分布的主要是玄武岩。在这种岩石里，铁镁质的矿物含量比较高，所以看起来颜色偏黑。第三类岩石叫角砾岩，这种岩石里既有斜长岩的碎片，又有玄武岩的碎片，是因为微陨石的撞击产生的高温，把周围的岩石碎片熔融、黏结在一起，形成一种新的岩石类型。

（责任编辑：白玉磊）