13家科研机构共分17.4764克月球样品，研究月壤有什么用

撰文/张田勘（专栏作者）

编辑/吉菁菁 图源/视觉中国

7月12日，国家航天局举行了嫦娥五号任务第一批月球科研样品发放仪式，标志着月球样品科学研究工作正式启动。首批发放的月球科研样品共17.4764克，共发放给13所科研机构的31份申请。其中光片样6个157.6毫克，岩屑样13个868.8毫克。

▲第一批月球科研样品发放仪式上，13家科研机构一共获得31份样品，标志着月球样品的科学研究正式启动。

此前，中国23家科研机构递交了85份月壤的申请研究，其中原因当然不仅仅是研究月壤的机会珍贵。一个根本性的问题是，研究月壤有什么用？

古希腊哲学家亚里士多德可能已经用一句话回答了这个问题：人的本性是“为知而知、为智慧而求智慧”——而“为知而知”的最大研究和学问之一，就包含了宇宙星球形成的奥秘，当然，研究月壤还有为人类服务和实用的成分，如月壤的组分有哪些，是否像土壤一样能进行耕作，以及月壤中是否有矿，有无制造人类所需产品的稀有元素和物质等。

▲2021年3月2日，公众在国家博物馆近距离观看100克月壤实物。

具体而言，此次获得月壤份量的研究单位有：中科院地质与物理研究所5520.3毫克，中国地质科学院地质研究所2052毫克，中科院国家空间科学中心500毫克，中山大学500毫克，中科院广州地球化学研究所297.8毫克，中国地质大学（武汉）200毫克，中国地质大学（北京）141.2毫克，中科院南京地质古生物研究所88毫克，中国科学技术大学81.1毫克，核工业北京地质研究所50毫克，中科院地球化学研究所30毫克，中科院紫金山天文台16毫克。

这些机构分别研究太空风化作用、太阳风注入和撞击残留物的研究，推进对月球乃至太阳系演化历史的认识；月球上的撞击的历史和撞击的过程；月岩样品的金属元素同位素分析，揭示月球的成分演化历史；寻找陨石撞击的残片信息；研究月壤中挥发分的含量，检验月球大碰撞理论。

月球是离地球38.4万千米的一个卫星，质量仅有地球的1/81分，半径约是地球的1/4。月球在绕地球公转的同时进行自转，周期都是27.3日，正好是一个恒星月，所以地球上的人看不见月球背面，因而对月球的了解太少。

关于月球的起源，正如地球的起源一样有多种假说。共振潮汐分裂说是较早期的一种假说，即月球是从地球分离出去的。持这种理论的代表人物有著名生物学家达尔文的儿子乔治·达尔文，他写的《太阳系中的潮汐和类似效应》一文就持这种观点。如果认为月亮是从地球分离出去的，研究月壤就有可能得出这一假说是否属实，因为月壤和土壤的成分应当基本相同，但经对比，此前美国航天局的阿波罗12号宇宙飞船从月球上带回来的岩石样本与地球样品相距甚远。

仅从外观来看，嫦娥五号获取的月壤与阿波罗12号获取的月壤样品并不一样，显得非常细。肉眼看到的月壤像黑色的沙土，但颗粒更细，并且干燥无水分。此外，在显微镜下看到的月壤又不一样，不仅有色彩，形状也各不相同。

事实上，这种外观上的不同并不能说明嫦娥五号获取的月壤与阿波罗12号获取的月壤有本质上的不同，还需要从化学和物理的角度对月壤进行细致研究，才能得出结论。而且，现在看到的月壤较细也是因为月球的特殊情况所造成。

月球表面环境非常恶劣，在太阳光照射时温度达到160摄氏度，在没有太阳光照的时候，是零下180摄氏度，有340摄氏度左右的温差。巨大的温差导致岩石反复经历热胀冷缩，就会崩解掉而形成细沙和细壤。同时，很多小天体、小的碎块会撞击月球表面，也造成了月壤破碎和较细。由于月球表面没有磁场，太阳风能够直接轰击作用于月球表面的岩石，日积月累也会使岩石破碎甚至粉末化。

所以，要论证月球的起源，还需要对其进行月壤的化学分析，即便它很细，如果源自地球，也应当与土壤的成分相似。如果月壤原来的结构构造、矿物的关系跟玄武岩一样，包括橄榄石、玻璃、斜长石和辉石，就有可能说明月球源自地球。而且，目前对月壤的研究只是研究表取样品，后续还要研究钻取样品，才能有更全面的了解月球并获得比较科学的答案。如果能对月壤中的放射性核素含量进行分析，还可以获得对月壤同位素组分，及其形成年代的判定。

另一方面，月球的撞击成因说现在得到了更多的认同。撞击成因说也被称为“大碰撞分裂说”，这一假说认为，地球早期受到一个火星大小的天体撞击，撞击碎片（即两个天体的硅酸盐幔的一部分）最终形成了月球。

撞击成因说可以合理地解释地月系统的基本特征，如地球自转轴的倾斜与自转加速、月球轨道与地球赤道面的不一致、月球是太阳唯一的与主行星质量比为1/81的卫星、月球富含难熔元素而缺少挥发性元素和亲铁元素、月球的密度比地球低以及月球形成初期曾产生过广泛熔融、存在过岩浆等事实。

但是，2006年，欧洲航天局的装备了高清晰度微型摄像机、红外线及X射线分光计等最新探测设备的智能1号探测器帮助科学家第一次获得了月球表面包括钙和镁在内的一些化学元素的含量数据，描绘了月球元素和矿物分布的最详细地图，同时观察了神秘的月球极点，并调查了未来值得探索的区域。当时认为，月球极点可能存在固态水。但是，这些证据也还不能完全解释月球的撞击成因说。

现在对中国的嫦娥五号带回的月壤进行研究，可以进一步弄清月球的起源，而且能了解月球是否有人类所需要的富矿。因此，研究月壤就不仅“是为知而知”，更能获得有用的知识，具有实用价值，这些就是研究月壤的根本原因。

参考文献

1.“月球土特产”刷屏！长啥样？央视，2021年7月13日

https://news.sina.com.cn/c/2021-07-13/doc-ikqcfnca6669026.shtml

2.SCIENCE,2005-01-07,Special Issue 125th Anniversary,01 JULY 2005,VOL 309,ISSUE 5731

https://science.sciencemag.org/content/309/5731

出品：科普中央厨房

监制：北京科技报 | 科学加客户端

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