透过一粒月壤看向整片太空

　　【仪器网 时事聚焦】“玉兔年年酿丹桂，金蟾日日捣玄霜”，从古至今，人们对于月球上所拥有的一切事物仍然有着一颗极大的好奇心。2020年12月，我国成功利用嫦娥五号月球探测器取回了1731克月球土壤。这些月球土壤，得以让我们从中窥透一些与月球乃至宇宙相关的奥秘。
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　　月球上古老的岩石已经使得科学家迷惑不已，然而，和这些岩石周围的土壤相比，岩石甚至称得上是年轻的。地球上的土壤通常是经过成千上万年的风吹、日晒和雨淋，由岩石风化形成的细粒矿物质，是一层疏松的物质，并且其中还掺有有机质、水，还含有微生物等。地球上土壤的形成，除了这些物理及化学作用之外，生物的活动是其最重要的特征。尽管风化作用短时间内不容易被察觉到，却一直在改变着地球上的地形地貌。
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　　但存在于没有任何空气的太空之中的月亮，既没有风，也没有任何生物能够活动，又是如何形成月壤的呢？由于没有大气，月壤是直接暴露在太阳辐射下的，并且时不时还伴随着微陨石的轰击，其组成和物理性质逐渐发生了改变，于是科学家们便将这个过程称之为“太空风化”。在过去的四十多亿年里，小行星冲撞所产生的粉碎、熔融、粘合及混合等这些物理过程，在很大程度上改变了月球表面。于是，在太空风化的共同作用下，月球表面形成一层广泛分布、厚约2~15m的月壤。
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　　与地球土壤中所富含微生物和有机养分不同，月壤中不含有任何有机养分，并且十分干燥，无论是种菜或是种土豆都是不可能的。那么，专注于对月壤进行分析研究有什么作用？事实上，通过月壤中岩石的类型成分就能够去推断月球的地质变迁，月球的表面几乎是完全被月壤所覆盖的，如果没法了解月壤的特点，那么月壤对于探月仪器和宇航员来说都是个不小的威胁。月球探测时不了解月壤，就很可能得不到正确的科学结论。并且月壤中存在天然的铁、金、银、铅等矿物颗粒，不仅含有金和锌的铜矿颗粒，还含有少量锡和铜杂质的锑矿颗粒等。其中，一种在地球上几乎不存在的氦气同位素气体——氦-3，这种核聚变反应中最理想的原材料也在其中，氦-3在热核反应堆中没有中子，并且因为不会产生辐射，对环境也不会造成任何危害。
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　　月壤中所含的元素是通过各种仪器来进一步分析确定的，例如X射线荧光光谱仪可以在不破坏月壤样品的情况下对元素进行定性和半定量分析，是月壤元素分析必不可少的设备；电感耦合等离子体发射光谱仪能够对月壤中微量元素进行定量分析，从而确认月壤中元素的精确含量；气相色谱-质谱联用仪能够对材料中的有机物进行定性和定量分析，从而检测月壤中部分化合物的含量，助力全面解析月壤成分。
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　　科学家们对采集到的月壤样品中的岩石和矿物进行了密集、高强度的元素和同位素分析，并在此基础上开展了系统的年代鉴定。科学家们利用扫描电子显微镜对粒径只有500微米的玄武岩岩屑进行观察，发现可定年的磷灰石粒径普遍在5~10微米之间，并且得到了“月球直至19.6亿年前仍存在岩浆活动”这一项重大成果。科学家们还用详尽的微区原位高分辨率二次离子质谱定年数据和坚实的岩石矿物地球化学数据。此外，确定月球年轻岩浆活动的精确年龄还可以校准用于确定月球和其他行星表面年龄的陨石坑计数技术——遥感陨石坑直径频率分布定年法。
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　　他们利用单颗粒样品操纵、扫描电镜形貌观察、聚焦离子束精细加工、透射电镜结构解析等一系列分析方法，获得了单个嫦娥五号月壤颗粒表面的硅酸盐、氧化物、磷酸盐和硫化物的太空风化作用信息。我国自己带回来的月壤的分析，为月球中纬度的太空风化作用提供了更多的认识，带来更多独特的角度，也为月球遥感光谱校正模型在月球中纬度的适用性提供了支撑。
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　　想要探月，就必须要研究月壤。如果可以继续对月壤加以研究，那么我们不仅仅能够了解到月球上的风化作用，还有机会可以了解太阳初期的演化历史进程、太阳风和太阳表层的组成和成分特征等相关数据。探索月球只是我们向太空所迈出的一小步，人类终将会走得更远。
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　　(资料参考来源：科学日报、知网、知乎、央视新闻)