嫦娥带回“土特产” 仪器探究月球奥秘

　　2020年12月17日，嫦娥五号返回器约1731克月壤样品成功在内蒙古四子王旗降落。时隔40多年后，人类再次从月球上采集到土壤样品并成功返回。这不仅是中国航天史里程碑式的成就，也将为人类对月球的探索带来巨大的进展。
 

　　地球上的土壤是由于大气、水和生物的共同作用形成的，水和生物腐败产生的有机物是构成地球土壤的关键因素。月球上没有空气和生物，也极度干燥，月壤的形成过程与地球土壤完全不同。
 

　　陨石撞击月球表面形成的矿物粉末是构成月壤的主要成分。同时陨石撞击产生的能量也会改变月壤的组成，例如月球表面的一部分物质在这一过程中会发生熔融，冷却后形成玻璃。由于没有磁场保护，月球表面与太阳风直接接触，矿物中的二价铁离子会被太阳风还原为纳米金属铁微粒，月壤的电磁、光谱等物理特性也会随之发生改变，不再与月岩相同。此外，太阳风与地磁场相互作用形成的“地球风”也在潜移默化地改变月壤的组成，月球表面高纬度地区存在的赤铁矿就是受到地球风影响形成的。
 

　　月壤的形成是月球本身、太阳、地球以及陨石的共同作用形成的，因此研究月壤不仅可以让人类更深入地了解月球的形成历史、地质演化等问题，还可以从另一方向对太阳和地球进行研究。嫦娥五号采集月壤的地区是月球上规模大的晚期玄武岩之一，与之前美国和苏联取得的样品有较大差别，新的材料将为月球研究带来大量突破。
 

　　此外，研究月壤也是人类探索月球的必要条件。一方面月壤覆盖整个月球表面，无论是航天器还是人类宇航员，登陆月球时必须排除扬起的月壤颗粒的干扰。另一方面，从月壤中我们可以更深入地研究月球的资源分布，为未来建立月球基地打下基础。
 

　　月壤研究需要使用各类仪器设备。由于月壤总量有限，因此研究需要以尽可能少的消耗得出尽可能多的检测结果。我国对于月壤检测安排是从无损到少损再到有损。无损检测可以在不损伤或影响检测对象的情况下对检测对象的表面及内部进行分析，无损检测的方式众多，如超声检测、射线检测、磁粉检测等。在月壤研究中，可以使用X射线荧光光谱法会样品进行定量与定性检测。
 

　　如果不得不损害样品，对于月壤的研究也需要尽量选择仅需要微量样品的分析方法，例如激光剥蚀电感耦合等离子体质谱技术、显微激光拉曼光谱、纳米离子探针技术等。这些微量分析技术仅需要1-15毫克的样品就可以完成检测。在样品有限的情况下，选择这些研究方法可以提高样品的利用率。
 

　　虽然目前分析技术已经达到了很高的水平，但是月壤样品来之不易，为了更好地发挥其作用，现有的技术还需要进一步发展，分析方法也需要进一步完善。之前美国带回的月壤虽多，但是从前对样品的保护存在漏洞，不能排除样品已经被地球环境污染的可能，我国此次带回的月壤将成为验证已有研究的标准，因此需要更慎重地对待。
 

　　资料来源：科学网、科普中国
 

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