2022年6月20日,在嫦娥五号带回的月壤样品到达地球半年多之后,科学家们在月壤样品中发现了共生的二氧化硅的高压相——赛石英(α-PbO2结构)和斯石英(金红石型结构),这也是人类首次在地外返回样品中发现赛石英。
那么为什么从半个多世纪之前就开始探月的美国,没有在月壤中发现这种物质呢?下面我们就一起去看看究竟是怎么回事。
2020年11月24日,我国首个无人月面取样返回探测器——嫦娥五号月球探测器成功发射,在经历了23天的月球之旅后,于2020年12月17日凯旋。
嫦娥五号一共带回了1731克珍贵的月壤样本,这是继美国赠送的1克月壤之后,我国真正靠自己取得的月壤;也是继1976年苏联月球24号无人探测器带回170克月壤样本之后人类又一次获得的月壤样本。
嫦娥五号的凯旋,也意味着我国探月工程绕、落、回三步走的最后一步顺利完成。
那么什么是月壤呢?顾名思义,就是月球表面上的土壤,它的形成主要是由于受到撞击作用,大块的岩层在小天体的撞击下被不断地打碎、混合、翻动,最终在月球表面形成了细腻的沙土层,主要是由橄榄石、辉石、钛铁矿和斜长石等矿物及胶结质的玻璃组成。它对科学家们研究月球表面的生态环境、月球的演变过程等各方面都有着重要的价值和意义。
那么此次我国在月壤中发现赛石英和斯石英又有什么样的意义呢?
我们应该都知道,月球表面是坑坑洼洼的,遍布着大大小小、形态多样的撞击坑,这表明月球在其演化过程中遭受了频繁的撞击,撞击作用控制了月壤的形成和演化。
月壤样品特别是其中的高压矿物,它是撞击事件的重要记录者,能够反映出很多的重要数据。
赛石英和斯石英作为月壤样品中两个十分重要的二氧化硅超高压相,为反演月表的撞击过程的研究提供了重要的样品,对认识月球内部的物质组成以及撞击过程都有重要的科学意义。
而且由于地球和月球的距离相隔很近,所以研究月球的撞击历史不仅对研究月球意义重大,对研究地球的撞击历史的作用同样不可小觑。
所以,赛石英和斯石英的发现可以说是一项重大的成果。那么为什么美国在之前的探月工程中没有发现这些物质呢?
美国是世界上最早开始探月的国家,1969年7月16号,美国的阿波罗11号飞船成功在月球着陆,宇航员阿姆斯特朗和奥尔德林成为首次登上月球的人类。
在阿波罗11号之后,美国又发射了阿波罗12号到阿波罗17号系列飞船,在美国的阿波罗计划实行的11年里,一共有12名宇航员登上了月球,他们带回了约440公斤的月壤样品,并获得了大量的月球照片、月球表面的相关数据等,使得人类对月球的认识达到了前所未有的高度。
但是尽管美国对这么多的月球样品进行了半个多世纪的研究,也几乎没有见过关于发现高压矿物的报道,只发现过一次斯石英,赛石英还从未确定发现过,这是怎么一回事呢?
其实不止美国没有发现过赛石英这类的高压矿物,苏联同样也没有发现过,苏联同样也是很早就开始探测月球的国家。
在1970年,苏联发射了月球16号无人月球探测器,在此后的6年里,又相继发射了月球20号和月球24号,一共从月球带回了月壤样品326克。
虽然苏联带回来的月壤样品并不算很多,不过和美国一样,他们对这些样品也进行了长达半个多世纪的研究,也从未听说在其中发现了高压矿物。
其实,这和各个国家的探测器所采集的样本区域位置不同有很大的关系,不同区域的样本会发现不同的成果。
我国嫦娥五号月球探测器的落月点在月球正面最大的月海风暴洋北部的吕姆克山脉,这个位置在此前从未被登陆过,而且这一片区域十分的年轻,只有10亿年的样子,所以土壤的体质也十分的年轻。
那么土壤中放射性元素的含量相比其他位置也会比较多,所以科学家们选择探测器在这个区域登月,现在看来,确实是十分正确的选择,此次发现的赛石英和斯石英就来自于附近的Aristarchus撞击坑。
所以,物质的发现与否和技术没有着太大的关系,主要是取决于采集了哪一块的月壤样品。
看来我国的嫦娥五号真的是十分地会选位置,其实除了赛石英和斯石英这种高压矿物,我国还在这1731克月壤样品中有很多的重大发现。
比如说水,美国国家航空航天局(NASA)曾经就宣布过月球上有水的存在,不过嫦娥五号此次的原位探测更加证明了月球上确实存在水资源。
科学家们发现嫦娥五号着陆区月壤中明显含有羟基形式的水,不过平均含量很低,浓度仅为30ppm(百万分之一)左右。
据科学家们判断,这些水来自外来撞击溅射物的含量占比非常之低,大部分还是来自月球内部的原生水,而这些原生水应该是来自岩浆结晶的过程。
科学家们还在嫦娥五号飞船带回来的月壤样本中发现了一种名为氦3的物质,它十分的珍贵,在地球上储量极少,人工合成的价格也十分高昂,合成一克氦3就需要两万块钱人民币。这种物质是未来核聚变反应堆中最适合的燃料,它不会产生任何的放射性污染,而且它释放的能量也远远大过氢元素,100吨氦3发出的电,可以供全球70多亿人使用整整一年。
科学家们根据月壤样本中的氦3含量,推测光月球表面的氦3储量就能够达到100多万吨,可以让全人类使用1万多年。
这种能源可比地球上的石油、天然气这些不可再生的能源强大太多了,人类未来对月球上的氦3开发应该是必不可少的。
除了水和氦3,科学家们还发现了钛矿以及100多种金属矿产资源,不得不说,月球就是一个巨大的能源聚宝盆,这应该也会成为未来越来越多的国家探索月球的重大动力。
月球尚有很多需要认识的地方和未解之谜,嫦娥系列月球探测工程已经迈出了我国探测月球的坚实一步,是我国由航天大国走向航天强国的标志性和带动性工程,让我们共同期待中国的嫦娥探月工程再创辉煌。
作者:乔木 校稿编辑:小宛