能生产氧气和燃料？月球旅行有望实现！

还记得

嫦娥五号带回来的月壤吗

2020年12月17日凌晨

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“挖土”任务顺利完成

嫦娥五号带回的月壤，分配到了我国各大科研机构，并开展了相应研究。近日，南京大学、香港中文大学（深圳）、中国科学技术大学、中国空间技术研究院等机构的研究团队刊发于国际学术期刊《焦耳》的一篇文章称：

团队在详细分析嫦娥五号取回的月壤的元素和矿物结构后，发现月壤含有一些活性化合物。它们可以作为催化剂，借助太阳光，将水和二氧化碳转化为氧气、氢气和甲烷、甲醇。

基于这个发现，团队提出了一套利用月壤进行地外人工光合成的策略，希望为实现“零能耗”的月球生命保障系统奠定物质基础，从而支持月球探测、研究和旅行。

今天我们来研究一下：

什么是“地外人工光合成技术”？

如何实现这项技术？

还有哪些发现？

地外人工光合成技术

地外人工光合成技术，是指模拟地球上绿色植物的自然光合作用，利用太阳光，将人类呼出的二氧化碳和月球上原位开采的水资源，转化成氧气和碳氢化合物的技术。在这个过程中，如果有催化剂，转化效率会更高。

“嫦娥五号月壤来自月球表面非常年轻的玄武岩，这种矿物中富含铁、钛等人工光合成中常用的催化剂成分。团队采用机器学习等方法，对月壤结构进行了多次分析，发现这些月壤中约有24种晶体矿物，**其中钛铁矿、氧化钛、羟基磷灰石，以及多种铁基化合物等8种晶体矿物，**可以在人工光合成中发挥较好的催化性能。”论文的共同第一作者、南京大学教授姚颖方说。

研究同时指出，月壤表面具有丰富的微孔和囊泡结构，“月壤的表面积越大，能接触的气体就越多，催化性能越好，这种微纳结构进一步提高了月壤的催化性能。”姚颖方说。

如何实现

基于以上分析，研究团队针对月球环境，提出利用月壤实现地外人工光合成的策略与步骤。

利用月球夜间约-173°C的极低温度，将二氧化碳从人类呼吸的空气中凝结分离。然后利用太阳光，将嫦娥五号月壤作为水分解的电催化剂和二氧化碳加氢的光热催化剂，把人类呼出的废气、月球表面开采的水资源等转化为氧气、氢气、甲烷和甲醇。

姚颖方表示，利用地外人工光合成技术，也许只需要月球上的太阳能、水和月壤，便能产生氧气和碳氢化合物，该技术还可以借助于月球表面的温度环境，实现低能耗和高效能量转换。这为建立适应月球极端环境的原位资源利用系统提供了潜在方案。

但是，地外人工光合成技术究竟能否在真实的月球环境中实现，还需进一步验证。姚颖方表示，“月壤或月壤提取成分如果能作为月球上的人工光合成催化剂，可以大大降低航天器的载荷和成本，也许将来在月球上就可以就地取材，为宇航员提供生命支持，并制备燃料。”

其他发现

中国科学院院士、中科院地质与地球物理研究所研究员李献华及其团队，经过分析证实嫦娥五号月球样品为一类新的月海玄武岩，揭示了月球最年轻的岩浆活动为20亿年，将科学界此前认知的月球岩浆活动结束时间延长了约8亿年。

从地质学上讲，岩浆活动是一个星球具有生命力和内动力的表现。此前的月球样本和地球上月球陨石研究已证实，月球上岩浆活动至少持续到28亿至30亿年前。

李献华介绍，科学家曾以一种统计区域撞击坑的大小和数量的方法，推断嫦娥五号着陆区是月球最年轻玄武岩单元之一，这一区域的年龄为10亿至30亿年，然而这种定年方法存在着误差与极大不确定性。

在本次月壤样品研究过程中，李献华及其团队利用超高空间分辨率铀-铅（U-Pb）定年技术，对嫦娥五号月球样品玄武岩岩屑中50余颗富铀矿物（斜锆石、钙钛锆石、静海石）进行分析，确定玄武岩形成年龄为20.30±0.04亿年，表明月球直到20亿年前仍存在岩浆活动，比以往月球样品限定的岩浆活动延长了约8亿年。

李献华表示，月球岩浆活动需要月幔岩石熔化才能形成岩浆喷出，升温、加水、降压是岩石熔融的基本条件。研究团队据此展开研究，通过同位素示踪发现月幔源区放射性生热元素含量不高，颠覆了过去认为维持月球年轻火山活动来自克里普岩提供热源的主流观点。

同时，研究团队发现月幔源区的水含量仅为1—5ppm，表明月幔很“干”，这一发现也排除了该区域月幔因水含量高而具有低熔点，从而导致岩石熔化的猜想。

目前，针对压力引与岩石熔融关系及的研究还在继续，对月球晚期岩浆活动成因的探索改变了关于月球热历史和岩浆历史的认识，为了解月球起源演化提供进一步参考。