押题:1731克月壤的最全科普

2021-01-14 网络
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[科技新闻]押题:1731克月壤的最全科普

原题目:押题:1731克月壤的最全科普

嫦娥五号顺遂返航,让中国成为继美国、苏联之后,第三个能够乐成在月球外面采集土壤和岩石样品并带回地球的国家。

中国地质大学(武汉)行星科学研究所的教授肖龙是月球地质科学研究的专家,也是“嫦娥工程”的焦点科学家之一。为了帮工程团队解决好比钻头能不能打下去、土壤怎么取出来等一系列涉及月球土壤性子的问题,在已往十余年里,肖龙及其团队经由频频试验研发了30多种模拟月壤,在频频筛选后,最终十多种被确以为试验用月球土壤,总共为“嫦娥工程”提供模拟月壤跨越100吨。

他曾担任嫦娥三号科学数据应用焦点科学家团队组长,嫦娥四号科学数据应用焦点科学家团队副组长。这次,肖龙又深度介入了“嫦娥五号”着陆、采样地址的选址以及钻取事情。在接受本刊采访时,他详细先容了嫦娥五号选址事情、月球样品的科学研究价值等问题。

专访“嫦娥工程”

焦点责任科学家之一肖龙

“嫦娥工程”焦点责任科学家之一肖龙(王翮 摄)

记者|陈璐

为什么选择

在“吕姆克山区域”着陆?

三联生涯周刊:嫦娥五号此次选择的月球着陆点是在风暴洋西北部吕姆克山四周的位置,为什么会选择这个地址着陆并举行采样?这和1969年美国阿波罗12号飞船选择的风暴洋东南部的着陆点有哪些区别?

肖龙:首先需要明确的是,我们原来官方宣布的名称是“吕姆克山区域”,许多人把“吕姆克山”和“吕姆克山区域”的观点混淆了。“吕姆克山区域”是一个火山穹隆区域,其中最具地标性的是一个高凸起来的地貌,也就是“吕姆克山”。但实在着陆点并不是选的这个山,而是在吕姆克山东边一个区域。

这和阿波罗设计选择的着陆点离得是很远的。阿波罗设计中,除了阿波罗16号是落在月球正面的高地区域,其他好比阿波罗11、12、14、15号的着陆点都是在月球正面的月海区域——我们把月球外面那些暗色的区域称为月海。从着陆点的漫衍图上可以看出,嫦娥五号的着陆点离它们都很远,离其他非采样义务的着陆点也很远。

选择这个着陆点主要有两方面的思量。 第一是工程上要能够保证平安实行,能够知足工程条件的制约。好比说,从大的局限来讲,我们这一次采样点选择的是月球正面。月球正面又分月海和高地两种差异的地质地貌单元,从着陆来讲,月海区域加倍平安,由于月海的阵势对照平展,不像高地的地形庞大、坡度转变大,这对于我们完成探测和腾飞义务会对照容易。

嫦娥五号着陆器拍摄的采样点的彩色照片,图像上方可见已完成表取采样的机械臂及采样器(国家航天局 供图)

另外纬度对光照等也有影响。同样是月海,靠近赤道的日照时间会更长,靠近南北极区域的日照时间会减短,对于需要行使太阳能来发电探测义务,靠近赤道显然可以获得更多的光照时间。美国和苏联的着陆点,基本上是在赤道四周40度以内,中国的嫦娥三号和五号都超出了这个纬度,比它们更偏北、纬度更高。

第二是思量它的科学产出。美国阿波罗设计总共采了300多公斤月球样品,苏联也采回了三次月球样品。不管嫦娥五号这次能够采回若干月球样品,首先要思量的是,我们选择的这个区域有没有可能获得跟他们纷歧样的、新的器械。以是我们要远离阿波罗设计已经采样过的区域,至少不能挨在一起。固然实在远离它们,获得的样品也纷歧定会纷歧样,由于差异地方的土壤也有可能性子差不多。

美国宇航员在阿波罗模拟宇航器里举行测试

这次嫦娥五号的预选着陆区局限有5.5万平方公里,这个区域内现实由几个差异的地质单元或者说岩石单元组成。其中一个最突出的就是吕姆克山,它是一个火山穹窿,坡度对照大,对着陆而言可能挑战性更高、难题更大。另外一个就是相对平展的月海,又可以简朴划分为西部和东部两块。

西部这块形成得对照早,估算的岁数大概在34亿年左右,是34亿年前火山喷发的物质遭受空间风化(指天体表层露出在太空环境中履历温度、太阳风、宇宙射线等损坏作用的一系列转变历程的总称),形成了所谓的月球土壤。东部这块形成的时间则要更晚、更年轻一点,估算的岁数大概在15亿年左右,不早于20亿年。以是两个区域的岁数差得对照大,至少可能是15亿年。

阿波罗设计已经采集了许多火山岩样品,其中没有一个样品的岁数是低于30亿年的。基于这样一个效果,那时科学界以为月球的火山流动在30亿年之前就住手了,不像地球的火山流动直到现在都很活跃。

刚刚说到的这个“十几亿年”的“新发现”是凭据遥感探测数据剖析得出的。这是凭据一种名为“撞击坑统计定年法”的方式获得的,大意是对差异地貌单元外面漫衍的撞击坑的数目和巨细举行统计,就可以大致判断差异区域岁数差异。通过这个方式获得的效果发现,西边月海和东边月海的岁数差异很大。

以是最后我们是综合了工程和科学两大需求,才决议到东部月海区域采样,这里既平安,又有差异的最年轻火山岩形成的月壤。

月球样品的科学研究

价值详细是什么?

三联生涯周刊:能否详细先容一下,嫦娥五号获得的月球样品将有利于哪些科学研究的睁开?

肖龙:首先,我们采集到了比以往更年轻的火山流动的样品,可以证实月球火山流动的时限更长。从地质年月学事情的角度来说,若是能够确定我们现在推测的15亿年的岁数效果是对的,或者说稍微有些误差,好比大概是16亿年或者17亿年左右,但远远比以前所熟悉的火山岩的岁数要年轻,这就能够说明月球的火山流动一直连续到了距今十几亿年前。

这对熟悉月球整个的流动历史是一个颠覆性的发现。由于月球冷却对照快,它的体积较小,内部热量保留的时间短,或者说散热能力对照强,以是很早就“熄火”了。而越大的天体,它的热量维持时间越长。地球为什么现在依然活跃?由于它体积很大,而像水星、月球,包罗火星,体积比地球要小许多。若是一个行星内部的能量和热源对照小,它的地质流动也会变得更弱。因此对于月球的火山流动,那时以为三十几亿年前时住手流动也是可以明白的。

另外是有关定年方式的问题。现在国际上通用的“撞击坑统计定年法”是不是可靠?若是现实样品测得的岁数和通过撞击坑统计定年法得出的岁数一致,就可以确定“撞击坑统计定年法”是对的。反过来也可能有所差异,这样就要对现有定年的方式举行校正。现在国际上不管是对月球照样对火星等行星外面的定年研究,都是用的“撞击坑统计定年法”,而且都是凭据月球的年月学曲线外推获得的。 现在存在的最大问题是,月球的撞击坑年月曲线上,在30亿到10亿年间缺少定标点,因此它的误差就可能很大。以是这次火山岩的岁数能够确定下来之后,不管是对月球外面的研究,照样对其他天体的研究作用都很大。

肖龙所向导的团队制作的模拟月壤样品(王翮 摄)

随之而来科学家要思索的问题是,若是已经证实了月球十几亿年前另有火山流动,也就是月球内部的岩石即月幔发生了熔融,形成岩浆并喷射到了月球外面,那么它的热源从何而来?是什么岩石发生了熔融?月幔具有不平均性,熔融形成岩浆的这些月幔的物质其性子是什么?举个例子,地球上的火山流动也有许多,像夏威夷、冰岛等差异地方的火山流动,其火山物质泉源的深度也纷歧样,有些可能是几十公里,有的可能是几百公里。

与之相关的另一个很主要的研究是,关于月球内部的气体和挥发分(一样平常指水、二氧化碳、卤族元素等在高温下呈气态的物质)。凭据地月系统形成的月球模子,一样平常以为月球内部含有的挥发分很少,由于月球履历了一个异常强的高温熔融阶段,许多具有挥发性的气体都跑掉了。若是通过检测,我们能够发现十几亿年的月球样品里挥发分的含量,就可以帮人类领会,月球内部到底有没有挥发分,他们是若何被保留下来的,对于地月系统的形成理论有何意义等。好比地球上火山喷发很明显可以看到气体往外冒,我们就是要解决这些气体泉源的问题。

此外另有矿产资源的问题。讨论最多的可能是月球土壤里氦-3的问题。为什么地球上没有氦-3,而月球上有?由于月球没有大气层,它历久露出在太阳风和宇宙射线的环境中。氦-3是由于太阳风的注入,从外太空来到月球上的。

月球外面露出的时间越长,而且没有大气层的阻挡,接受的太阳风越多,以是月球岁数大的地方,氦-3的丰度应该更高。此外氦-3还跟岩石化的土壤内里钛的含量有关。一样平常来说,若是土壤里钛铁矿的含量高,会更有利于氦-3富集。相对来说嫦娥五号着陆的区域,它形成的时间不是很长,以是氦-3的丰度纷歧定很高,我们到时刻可以通过检测样品,看看能不能检测出来。

月球上有什么可以实现行使的资源?

三联生涯周刊:我看到许多科普文章以及媒体报道中都写道,月球土壤中富含氦-3,而氦-3由于在聚变历程中不发生中子,放射性小,被视为一种高效、清洁、平安、廉价的可控核聚变发电燃料。以是这会是我们针对月球土壤相关应用研究的一个主要偏向吗?

肖龙:氦-3的应用,我以为另有一段路要走,而且很长。由于氦-3在土壤内里的浓度是很稀薄的。我们对矿产资源的界说有专门的术语——“品位”,就是指好比一吨石头里含有若干克的黄金。早先手艺不行,一吨石头内里有3~5克黄金才气开采,现在手艺提高了,可能一吨石头里有1克黄金也能不赔本,有1.5克就赚钱了。这里3~5克每吨和1克每吨,就是差异手艺条件下的金的工业品位。

那么月球上的氦-3是什么情形?它是稀奇稀薄、高度涣散的一种元素,10吨土壤内里只有不到1克,而且我们还不知道怎么去提取它。这就好比10吨的石头内里只有1克黄金,你会去提取它吗?以是月球上虽然确实存在氦-3这种资源,等未来手艺生长到一定水平的时刻能够去举行提取,但根据现在的手艺,这可能是件破费1万块成本才赚1块钱的事情。

而且,关于可控核聚变这个手艺,自己也有很长的路要走,最少中国现在没有掌握这项手艺,只是理论上可以把这个公式写出来,但要在实验室里实现是很难的。月球上没有现成的氦-3等我们去拉回来,要是有的话,美国人早就去开采了。以是这不是一个严肃的科学问题,现在不必过分去强调。

肖龙在考察来自小行星的陨石样本(王翮 摄)

三联生涯周刊:那么月球上到底有什么可以实现行使的资源吗?

肖龙:跟矿产有关的一些资源,我以为现在基本还谈不上可以开发。也有人说钛铁矿里含有金属钛和氧,能不能把氧气提取出来,供人们在月球上使用?或者是把钛提炼出来作为一种金属?这在理论上是可行的,但从经济的角度来说很划不来。

举个简朴的例子,要使钛铁矿还原成钛、铁和氧三种元素,需要用到氢气,但月球上没有氢气。而把氢气带去月球,也很难题,由于氢气异常危险,容易爆炸。即便能够把氢气带去月球上,这个还原历程也不简朴,由于发生的氧气会很容易和氢气发生反映。现在月球南极区域发现了水冰,这倒是可以行使,由于水冰简朴加热一下,就会蒸发出来。

我以为未来最有可能实现的,实在是月球土壤的就地使用,好比建月球基地。已往几年,我们做了一些模拟月壤,许多做质料工业方面研究的单元也找到我们,他们将这些模拟月壤拿去做了些3D打印实验,也打印了一些器械。以是我们未来或许可以行使3D打印手艺把月壤制成砖块或者具有其他特征的一些质料,盖房子、搞修建。

但这都是实验室里的研究,到大规模应用另有一段路要走。现实应用上要更庞大,由于月球的环境跟地球完全差异,月球上没有水、没有黏合剂,你要能把这些原质料带上月球才行。然则随着手艺的提高,我以为通过月壤的3D打印作为建材使用,是最有可能实现的。

三联生涯周刊:现在采样已经乐成完成,模拟月壤在未来另有更多用途吗?

肖龙:从科学研究角度来讲,我们采到的月壤量,相比苏联无人采样,算是许多了,但总共也只有1731克,不算多。可是用处许多。那么我们就希望消耗最少的量,到达最大的科研成果。模拟月壤就可以作为实验质料,把流程走通,保证最小的消耗和最大的产出。另外,模拟月壤另有一些工业上的用途,好比3D打印。而且,我们还要做差异的模拟月壤,好比嫦娥七号要到南极极区去,南极极区的月壤性子和月海区域的月壤性子就纷歧样了。以是关于模拟月壤,另有许多事情值得去做。

对于月球中是否存在水,

有哪些证据和推测?

,科技新闻实时报道,

三联生涯周刊:你刚刚提到月球南极区域发现了水冰。现实上,嫦娥四号的着陆点选在了南极-艾特肯盆地,以是嫦娥四号发现了水冰吗?

肖龙:首先,嫦娥四号并没有落在南极,而是落在月球后头一个叫冯·卡门的撞击坑里。这个撞击坑位于一个名叫“南极-艾特肯”的大盆地内里。南极-艾特肯盆地的局限是从南极到艾特肯整个区域,就好比京广线是从北京到广州整个区域。以是许多时刻,人们都以为南极-艾特肯盆地是指在南极的一个艾特肯盆地,这是纰谬的。

南极-艾特肯盆地的直径有2500公里,嫦娥四号并未落在南极区域。现实上,关于那里算南极区域,自己也有差异的思量和界说。南极是一个点,但南极区域就是靠近南极一定局限的区域,差异专业会有差异的界说,有的以为纬度90度以上才叫极区,有的以为是85度以上是极区,另有人以为80度就可以。月球也有类似问题,国际上对此没有统一的划定。然则一样平常公认的是,月球南北纬85度到90度的局限内叫作极区。

嫦娥四号着陆点的南纬45.4446°,距离南纬85度这个界线另有很远。不外,嫦娥四号确实是现在最靠近极区举行着陆的探测器,然则距离含有水的区域还很远。

嫦娥四号着陆器监视相机C拍摄的玉兔二号巡视器走上月面影像图(国家航天局供图)

三联生涯周刊:那么我们现在对于月球中是否存在水,有哪些证据和推测?

肖龙:为什么南极区域会有水?由于这个地方的地形自己升沉很大,有许多撞击坑。而且极区光照的角度稀奇低,好比赤道四周可以看到垂直的光线,那么靠近极区的光线险些只有十几度。这就导致这些撞击坑底部有些地方永远都见不到阳光,我们叫它永远阴影区。永远阴影区里的温度稀奇低,差不多是零下一两百度或者更低的温度。在冷却的外面上以凝聚方式捕集气体的阱,这在温度科学上叫作“冷阱”。

冷阱会发生什么效应?若是有水或者其他挥发分进去,就会被冻住,走不了了。好比火山喷发或者彗星撞击后发生的水汽,一进入这个区域就被锁住了。冰箱也有这样的效应,冰箱内里没放水,但为什么经常有那么多冰?就是它通过类似效应把蔬菜、水果里的水弄已往了。

以是月球上的冷阱效应有可能保留一些水分子。但阿波罗设计时期,我们都没有这样的熟悉。是厥后通过遥感探测、光谱有所发现,由于羟基(-OH)会有特殊的光谱的吸收位置,而且厥后许多的探测也进一步证实南极区域确实存在水冰。然则现在我们对月球上水冰的储存量是若干,赋存状态怎么样,埋藏的深度有多深,月球外面有没有水冰都还没有一个准确的熟悉。以是现在或者未来很长一段时间内里,许多国家都市瞄准极区去探测水冰。我们国家嫦娥七号也是准备要去靠近极点的位置探测水冰的。

三联生涯周刊:水是否是对月球生命痕迹的探索?

肖龙:月球的水跟生命的关系度联系不是很大。对于月球上的水,尤其是南极和北极那些永远阴影区的水冰,人人现在有对照清晰、趋于一致的熟悉。科学上以为这些水可能有三种泉源:一个是通过火山喷发形成的水分子,向南极极区迁徙,被它捕捉了;另有彗星撞到月球以后,彗星上的这些水分子被它捕捉;最后就是太阳风,太阳风注入时会带来一些氢,由于太阳风中主要是氢,这些氢和月球某些矿物里的氧连系形成水。

那么从科学研究的角度来说,若是我们能够确定这些水的泉源,是很有意义的,对我们领会整个月球环境将会发生一个巨大转变。从行使的角度来讲,人人可能更多思量行使,第一个想到的是可能是宇航员可以有水喝,但实在这是次要的。宇航员需要的水量是很少的,由于水可以循环使用,分外不需要太多。

现实上,最大的用途是降解这些水,拿来做燃料。水是氢和氧组成的,把它分解成氢气和氧气,天生液氢、液氧就可以作为发动机的燃料。若是能在月球上实现这个事情,就可以建一个类似加油站的地方,未来在月面给火箭搭设一个发射架,从月面腾飞火箭。从月面上腾飞有什么利益?由于月球的引力只有地球的1/6,一个小火箭就可以发射很重的器械,未来在月面发射探测器就可以节约许多推进剂。这为去包罗火星在内的宇宙其他地方提供了许多便利,由于从地球直接发射升空的成本是很高的,这次发射长征五号火箭,现实上我们就由于守候大推力火箭多等了三年。

月球后头我们现在领会若干?

三联生涯周刊:以是再说回来,那时嫦娥四号是为什么选择了这个着陆点呢?

肖龙:嫦娥四号代表的是另一种可能。月球后头谁都没去过,只要到月球后头着陆就是一项壮举,开拓了一个先河。而且嫦娥四号的着陆,自己从手艺上来说就很难,它跟地球之间不能直接通讯,要发射中继星,有许多的手艺要生长。而且你只要到了月球后头,从科学的角度一定会有新发现,不管是证实以前的熟悉和料想是对的,或者是错的,都有很大价值。

三联生涯周刊:我看报道称,嫦娥四号的探测器现在还在事情。

肖龙:是的,嫦娥四号已经在月面事情两年了。现实上,探测器的事情能力很有限,主要的科学仪器是几台相机和一个雷达。到现在它已经走了两年多,才走了六百多米。然则它能维持、活下来就不错了,由于月球的环境异常恶劣,从日间零上几百度到晚上零下几百度,仪器一样平常都受不了。以是它每待一天都是在创纪录。

三联生涯周刊:为什么它走得这么慢?

肖龙:这内里涉及许多手艺问题,包罗通讯、测控、温控等,详细我也不是很清晰。但应该说要维持它的生计已经很难了,要让它干活就更难。

嫦娥四号着陆区地理实体命名影像图(新华社供图)

三联生涯周刊:那它返回的信息,对我们领会月球后头有哪些辅助?

肖龙:月球后头的问题跟月球正面不太一样。嫦娥四号落在冯·卡门撞击坑,冯·卡门撞击坑又在一个大的南极-艾特肯盆地里,一环套一环。

这个大环是一个2500公里直径的大盆地,也是太阳系内里最大的一个撞击盆地。形成这么大的撞击盆地,要求那时的撞击能量异常大,把月球挖掘得很深,使得上部月壳几十公里和甚至下部月幔一些物质,所有抛射了出来。这样,我们就可以在月表捡到从很深的月球内部抛出的石头,为研究月球深部的物质信息提供了机遇。

现在来讲,由于探测器的仪器对照少,像红外光谱仪、相机都不能定量地丈量物质的身分。以是我们现在对于这些物质的身分,还没有确切的证据形成统一的认知。然则通过相机拍摄的照片、雷达探测的结构,照样告诉了我们许多信息,证实或者排除了一些以前的料想。好比冯·卡门撞击坑内里也有一些火山流动存在。月球后头的撞击、溅射异常频仍,冯·卡门撞击坑的形成岁数可能在35亿年之前,35亿年前月球遭受撞击的频率比现在还要更高,以是月球成壤的速率更快。嫦娥四号发回的照片里,月球车的车辙很细腻,比嫦娥五号拍摄到的土壤成熟度要高,更细更平均,固然也可以看到散落的一些石头,这些石头是其他地方发生大的撞击事宜从月球内部甩出来的。

月球上的火山喷发,

是什么样的场景?

三联生涯周刊:关于月球内部的热量从何而来,我们有一些推测吗?

肖龙:有一些推测。月球早期和晚期的能量可能纷歧样。晚期,像30亿年以后的热量主要可能泉源于内部的放射性生热元素,其中钍、铀、钾是三种最主要的生热元素。它们在地下随着时间的累计不停地衰变,并在衰变的时刻放热,使得热量群集,令石头融化。嫦娥五号的采样点刚好是一个对照富钍、富钾的区域。固然不管是我们采样的这个点,或者其他比嫦娥五号采样点更年轻的地方,都还对照局部、局限不是很大。但这现在是人人对照公认的一个推测缘故原由。

三联生涯周刊:那么早期的状态又有何差异?

肖龙:早期阿波罗设计采样的样品对照多,那时刻许多的火山流动也被以为与放射性元素是有关系的。若是从遥感数据剖析的话,跟阿波罗样品时期差不多的玄武岩漫衍更广、更多。火山喷发的岩浆冷却之后形成了岩石,其中大都是玄武岩。以是早期热量大,放射性元素也多。但放射性元素的衰变会逐步变少,内部衰变以后就没有再衰变产热的能力了。以是那时许多人以为谁人时刻衰变就基本竣事了,30亿年后已经没有足够的热量将地下岩石熔融。现在却发现另有十几亿年的火山岩,说明在一些局部区域,另有许多生热元素在不停群集能量,使得月球内部的岩石融化形成岩浆。

三联生涯周刊:月球上火山喷发的场景和我们在地球上看到的一样吗?

肖龙:它受两个条件制约:一个是月球的重力只有地球的1/6,另一个是月球没大气。在这样的环境下喷发,它会纷歧样。若是思量低重力的缘故原由,它可以喷得更高。另外岩浆流动的距离也跟重力有关系。月球上的岩浆流动得更远,喷发的物质飞得更高。由于没有大气,这些向上喷射的物质会平均地落在旁边,不像大气的平流层、对流层会把火山灰搬来搬去。熔岩会由阵势由高到低向外流淌,月球有许多岩浆形成的像河流一样的熔岩河,有几百公里、上千公里长。在地球上,我们现在很难看到这么长的熔岩河,早期即便有,也可能被地质运动毁掉了。

三联生涯周刊:总体而言,现在科学界对于月球的火山流动有哪些认知?

肖龙:火山流动每个天体都有,地球不用说了,火星、水星、月球上也都有。火山流动的频率和强度都是随着时间的转变逐渐削弱的,包罗地球也是一样,地球最后也会冷却,冷却后自然也就没有火山流动了。

月球的火山流动,凭据阿波罗设计采回的样品已经做了对照好的研究。月球火山的大量喷发期大约是在39亿年到31亿年之间,差不多在40亿年到30亿年这10亿年间是最强的,然后逐步变弱。

嫦娥五号的采样区有火山流动,但局限对照小,并不是全球性的。存在火山流动,与火山流动的漫衍和强度,是两个观点。现实上嫦娥五号采样区的火山流动,相当于整个月球火山流动的一个尾声。我们只是说它连续到了谁人时间,然则它的活力是在降低的。火山流动,从强度漫衍来讲,是一个由强变弱的历程;从火山岩的性子上来讲,这些岩石有一些身分上的转变,稀奇是钛和铝的含量。以是当阿波罗设计的月球样品回来以后,研究者把这些玄武岩分成差异的化学类型,这方面已经做了许多的事情。嫦娥五号的月球样品中的玄武岩,是相对含钛对照高的。

月壤样品,可以辅助注释

月球的起源是什么吗?

三联生涯周刊:通过对月球土壤举行采样,对我们注释地月关系以及月球起源会有一些辅助吗?

肖龙:我们现在所做的事情,还回覆不了这些问题。样品回来以后,我们希望从内里看到一些解决问题的启示。但这不是我们的主要目的,现在没有专门针对这些问题举行一个设计。

关于月球的成因,有几种说法:地月同源说、盘据说、捕捉说、大碰撞说。最盛行的一种说法是大碰撞说,人人是对照认可的。阿波罗设计的样品已经获得了许多证据,支持地月系统具有同源性。通过对地球和月球的物质组成,另有同位素组成的对照,可以看到它们之间有若干关联、关联度是若干。

大碰撞假说以为,一颗火星巨细的天体和地球撞击后的碎片,群集并形成月球。那么,地球有若干物质进入到月球内里了?这个比例是若干?我们能不能区分出来?这现实上有一定的难度,由于不知道它夹杂的时刻是不是很平均。若是很平均,可以检测;若是不平均,是地球的物质多一点,照样原来撞击体的物质多一点?这些问题都不容易回覆,需要去做许多事情。

着陆器与上升器组合体模子(左),带回月壤容器的返回器实物(右)以及降落伞实物(后)(肖龙 摄)

三联生涯周刊:月球土壤的元素含量和地球土壤的元素含量有什么异同之处?

肖龙:总体来说,大部分的硅酸盐矿物质是相似的。然则地球的土壤里除了最基本的物质身分,也就是岩石的碎屑粉末以外,另有许多有机质、微生物、空气、水。而月球的土壤里只有岩石的碎片,甚至一些陨石的碎片。由于没有水,月球的岩石一直都很新鲜。阿波罗11号采回来的火山岩,是三十几亿年前形成的,外面看起来就和刚刚喷出时的固结状态一模一样。地球上的岩石外面总是看起来脏兮兮的,是由于它发生了氧化作用、水化作用,这些历程使得岩石的外面变脏、不新鲜了。

三联生涯周刊:我看到先容里写道,嫦娥探月工程的一个主要设计是丈量月亮全球的土壤厚度漫衍情形。

肖龙:这是嫦娥二号的义务。嫦娥二号是一个围绕探测器,上面有一个微波雷达,可以测月壤厚度在全球的一个转变,以及身分的差异。那么这样就可以计算出月球上有若干吨的月壤了。知道月壤的体积和单元体积中氦-3的丰度,首先很容易计算出好比氦-3的储存量。身分差异最大的是月球的高地和月海区域,高地区域主要是浅色的斜长岩,月海区域主要是玄色的玄武岩。它们的性子都纷歧样。那么,照样以氦-3举例,它主要在玄武岩形成的月壤里,在斜长岩形成的月壤里含量是对照低的。

领会月壤的厚度自己也有科学价值。好比月球在四十几亿年的撞击历程中,怎么从一个完整的石头外面被撞碎形成这么厚的土壤?另外月壤颗粒,好比上面很细到下面很粗,这个转变是什么样子的?这都是对照纯科学的一些问题。

此外,这对于我们领会地球早期的历史也很有辅助。地球早期也受了这么一系列撞击作用,只是厥后地质流动很强烈,而且地球上有风、有水,一系列板块组织、风化、地质运动使得地球外面改变得对照厉害。而月球则相对对照简朴,现在仍然保留了三十几亿年的地貌。通过研究月球上的信息,包罗与火星上的信息举行对比,都可以辅助我们领会地球和太阳系早期的历史。这就是我们通常说的对照行星学的研究方式。

三联生涯周刊:能否详细谈谈,通过对照行星学,对月球和火星的探索能够对领会地球、太阳系的形成有哪些辅助?

肖龙:应该说我们研究的最终目的是要研究地球的演化、太阳系的演化。怎么去做这个事情?一个很主要的方式就是对比研究。对比就得有一个参照物。地球是我们领会最多的天体,探测火星、月球后,我们就可以把它们的巨细、质量、密度、大气、磁场、运行轨道等数据举行对标剖析。

好比磁场,和地球差异,火星和月球没有全球性的磁场,是一开始就没有吗?照样厥后消逝了?再好比火山流动,地球到现在另有火山流动,月球根据能量学推测,它的火山流动连续到了十几亿年,火星可能连续到了1亿年左右,现在火星上有没有火山流动,另有争议,但至少比月球连续的时间更长。另有大气,地球现在的大气层是含有氧气的,但早期地球大气中是不含氧的。

火星的大气层则是以二氧化碳为主,没什么氧气。大气究竟是若何演化的?地球的大气未来会发生什么转变?我们常说金星是地球的姊妹星,离得对照近,巨细也差不多,但金星的大气层有93个大气压,外面温度有五六百度,金星的环境为什么会酿成这样子呢?以是类似的研究可以辅助我们领会太阳系的这八大行星,为什么人人差不多同一个时间出生,然则后面生长的门路、转变偏向都异常差异。

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