人類首次月背采樣返回,月壤明明不能種菜,為何嫦娥又要奔月挖土?

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2024年6月2日,嫦娥六號在月球背面南極-艾特肯盆地中的預(yù)選著陸點著陸,順利完成月壤采樣任務(wù),于2024年6月25日順利返回地球,還將帶回大約2kg的月背樣本,實現(xiàn)世界首次月背采樣返回。

圖片

嫦娥六號成功返回 圖片來源:央視新聞頻道

那么問題來了,嫦娥五號不是已經(jīng)登月挖過一輪月壤了嗎?經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)這月壤還沒法種菜……那么干嘛又要再讓嫦娥六號跑一趟呢?其實,這絕不是多此一舉。

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圖片截自央視新聞頻道對嫦娥五號的報道

接下來,咱們就簡單聊聊月壤與地球土壤的區(qū)別和研究意義(不只是種菜),以及兩次嫦娥取樣任務(wù)得到的月壤會有哪些差異。

月壤和地球土壤的區(qū)別

雖然帶個“壤”字,但若要把“月壤”展開成“月球土壤”來理解的話,就總覺得怪怪的,有點“德不配位”。抓一把地球上的泥土,軟軟的,黏黏的,湊近聞一下,有一股“泥土的清香”。而(如果能)抓一把月壤呢,硌硌的,刺刺的,湊近聞一下,恐怕會當(dāng)場咳得涕泗橫流。為什么會這樣呢?因為月壤和地球土壤的生產(chǎn)過程大相徑庭。

地球上的巖石在成土的過程中,首先要經(jīng)歷風(fēng)化作用的洗禮。雖然“風(fēng)化”只提到了風(fēng),但風(fēng)化可不只是風(fēng)的刻蝕,還有雨水沖刷、冰川切削、搬運轉(zhuǎn)移、巖縫積水結(jié)冰膨脹造成的崩裂以及化學(xué)溶解等。

風(fēng)化過程中,巖石逐漸被分割打磨成細(xì)碎潤澤的顆粒、粉屑,形成黏土礦物,利于水的儲留。雨水在參與風(fēng)化作用的同時,也把可溶的礦物養(yǎng)分漸漸帶到地下,形成各個深度分層。

而生物既因地球土壤受益,也為土壤作出了貢獻(xiàn),它們被大地滋養(yǎng),死后也歸于大地。所以,地球土壤既包含各種礦物質(zhì)、有機(jī)物甚至微小生物等等,是一種復(fù)雜的混合體。

但是月球既沒有大氣也沒有水(月球上有水,只是在極地的永久陰影區(qū)里面,可能是彗星撞擊帶來的。),生物更是無從談起,所以地球上的這些豐富多變的成土手段,月球統(tǒng)統(tǒng)用不上。

月球上的巖石只能在(微)隕石撞擊和晝夜溫差下逐漸破碎,或者被來自太陽的太陽風(fēng)、紫外線和X射線超精細(xì)加工。微隕石撞擊的力度能使巖屑破碎,而撞擊帶來的高溫又能反過來使碎屑重新燒結(jié),最終形成的月壤更像是粗糲不堪、有棱有角的礦渣。

你想一想,如果把玻璃砸成渣,不管你怎么砸,其中的顆粒都是非常尖銳的??茖W(xué)家把這個過程叫做太空風(fēng)化。由于大氣和磁場的嚴(yán)密保護(hù),只有較大的流星體和一小部分紫外線才能抵達(dá)地球表面,所以月球上發(fā)生的這些,地球上也很難體會到。

總而言之,地球和月球上的成土過程基本上是互補的,即使只看無機(jī)質(zhì)部分,也有明顯的差異:在月壤里還沒有發(fā)現(xiàn)黏土、云母、角閃石這些通過水合作用形成的礦物,但是卻有純純的金屬鐵,而在地球的土壤中,也找不到未被氧化的鈦鐵顆粒。

說了這么多,弄清楚這些又有什么用呢?通過月壤的研究,我們一方面可以獲得月球演化過程中留下的種種痕跡,更確切地了解月球是怎么變成今天這個樣子的。此外,有了月壤樣本,我們就能更好地了解月球上有哪些資源,同時也能為人類建立月球基地提供重要資料。

那么問題來了,嫦娥五號這不都取過一次月壤了嗎?為什么還要來一次呢?

兩次采月壤

可能有哪些不一樣?

2020年底,嫦娥五號已經(jīng)從月球取得1731克月壤樣本,那么這次的嫦娥六號再次取樣,又會刷新哪些認(rèn)知呢?這里的主要看點有兩個:一個是著陸點的地質(zhì)結(jié)構(gòu)不同,一個是月球正面和背面的空間環(huán)境不同。

從地質(zhì)結(jié)構(gòu)來說,嫦娥五號在呂姆克山附近著陸,呂姆克山是月球正面西北部的一座火山結(jié)構(gòu),著陸位置是火山活動形成的一片玄武巖漫溢區(qū),地質(zhì)年代非常年輕(雖然說還年輕,但也已經(jīng)20億歲了。只是相對月球上亙古來的巖石而言是很年輕。)。

而嫦娥六號的著陸地點是南極-艾特肯盆地,這可是整個太陽系中最大、最深、最古老的撞擊盆地,撞擊力度可能穿透月殼直抵月幔。

所以,這兩處取樣地點,一新一老,一是火山熔巖,一是天體撞擊,一個代表內(nèi)部活動,一個代表外部力量,我們就可以期待嫦娥六號返回與五號迥然不同的結(jié)果。

比如說,從嫦娥五號取得的月壤樣本中,通過鈾-鉛同位素測年法,中國科學(xué)家確實發(fā)現(xiàn)了20.3億年前才從熔巖中結(jié)晶而成的礦物晶體,一下子將月球冷卻,巖漿活動停止時間延后了8億年左右。

而從嫦娥六號這里,我們卻會努力尋找形成于大約42億-43億年前的古老巖石,盡可能地了解月球形成早期的歷史,特別是地球的這段歷史,在地球上已經(jīng)完全找不到了。在撞擊盆地的月球表面也可能有從月幔翻出來的深處物質(zhì),如果嫦娥六號能夠幸運采集到的話,也會大大推進(jìn)人們對月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的了解。

從空間環(huán)境來說,月球的正面和背面也有點不一樣。雖然從地球上只能看到月球的正面,看不到背面,月球始終以同一面朝著地球。滿月前后,也就是月球正面正對太陽的這段時間,月球會被地球磁層的長尾罩住。

這段時間,月球感受到的太陽風(fēng)“風(fēng)力”會銳減,而從地球大氣逃逸的粒子卻有機(jī)會到達(dá)月球(所謂“地球風(fēng)”)。而在初一前后,月球走到太陽和地球之間,背面正對太陽,此時的月球則是毫無遮擋地遭受太陽風(fēng)的轟擊,也不再有地球風(fēng)的吹拂。

因此,和正面相比,月球背面是個被地球關(guān)懷更少、受太陽折磨更狠的地方。在月背的月壤中應(yīng)該更難找到水或含水礦物,而氦-3(一種清潔核聚變能源)的儲量則應(yīng)比正面更豐富。

月球背面具有獨特的環(huán)境,它幾乎沒有受到地球的影響,是天文學(xué)家用來觀測宇宙更有利的地方。假如未來在月球建立科考基地的話,能源、水和氧氣這些資源信息都是我們要摸清的,所以通過月壤來了解正面和背面的差異,不光是具有學(xué)術(shù)上的意義,更具有實際意義。

策劃制作

審核丨鄭永春 中國空間科學(xué)學(xué)會空間科學(xué)傳播專家工作室副主任 《火星叔叔太空課堂》作者

策劃丨丁崝

責(zé)編丨丁崝

審校丨徐來 林林

評論
科普科普知識的搖籃!
太師級
嫦娥六號的月球背面采樣返回任務(wù),不僅是對中國航天科技實力的展示,更是人類探索月球、理解宇宙的重要里程碑。通過這些科學(xué)探索活動,我們可以期待未來在月球乃至更遠(yuǎn)的星球上,人類將開啟新的篇章,實現(xiàn)更多科學(xué)夢想。
2024-06-25
江西棋輝
學(xué)士級
通過月壤的研究,我們一方面可以獲得月球演化過程中留下的種種痕跡,更確切地了解月球是怎么變成今天這個樣子的。
2024-06-25
科普傳遞無止境
少傅級
兩次月球采壤,通過對它們的研究,可以對月球正面和背面進(jìn)行對比,了解它們的差異,對未來在月球建立科考基地。不但有學(xué)術(shù)上的意義,更具有實際意義。
2024-06-25