□火星叔叔鄭永春
什么是月球采樣?
簡單來說就是到月球上去“挖土”并帶回地球。通過地基天文望遠鏡對月觀測、太空望遠鏡和環月衛星的遙感探測,以及無人駕駛月球車和阿波羅宇航員的月表巡視勘查,目前已經知道幾乎整個月球表面都覆蓋著一層細粉狀的風化物質——月壤(Lunar Regolith)。
月壤是人類用于研究月球的樣本,實際上月壤指的不僅僅是月球上的土壤(Lunar Soil),還包括臥或埋于粉狀風化物中的直徑數米的巖石。由于長期的小天體撞擊,大塊的基巖僅暴露于陡峭的山脈、撞擊坑和火山通道的峭壁等處。
在人類的探月歷史上,有很多航天大國都曾到月球采樣。1969年7月至1972年12月,美國通過阿波羅11號到阿波羅17號載人飛船實施了7次載人登月任務,共帶回月壤和月巖樣品約381.7千克。而現在科學家對采集的月球樣品進行的分類,就是依據當時處理阿波羅號帶回月球樣品所采用的分類方法。
月壤的種類是按照粒度大小進行分級篩選的,共分成>1cm、1cm~4mm、4mm~2mm、2 mm~1mm和<1mm幾個部分。顆粒直徑≥1cm的部分在研究工作中被當作巖石樣品來進行研究,稱為月巖(Lunar Rocks);顆粒直徑<1cm的部分當作土壤樣品對待,按習慣也稱為月壤,即狹義上的月壤(Lunar Soil);其中顆粒直徑<1mm的部分是整個月壤樣品的主要組成部分,在大部分月壤樣品中占總重量的90%以上。實際上,不管是月巖還是月壤,都采自月球的風化層。
那么科學家為什么要費這么多功夫去研究月壤呢?
月壤是從月球固體巖石圈到太陽系空間的過渡帶,包含著相關區域的大量信息。月壤的研究不僅涉及月球本身,而且還包含太陽系空間的物質和能量的重要信息。對月壤層和月壤樣品的深入研究可提供豐富信息。
這些信息包括:太陽系早期演化的歷史記錄;月巖和月壤的宇宙線暴露與輻照歷史;月球中揮發分的脫氣歷史;太陽風的組成和太陽表層的成分特征;小天體和微隕石撞擊月球的歷史記錄,進而推斷地球遭受小天體撞擊的歷史;月殼巖石圈的組成和分布特征,這對研究月球乃至地月系的演化歷史具有重要意義。
阿波羅16號取回的月球巖石樣本。
60016是阿波羅16號任務采集的樣品,是一塊易碎的、灰色的角礫巖。巖石孔隙度較大,有很多淺色和黑色的碎屑斑晶,代表不同的巖石和礦物。
除科學意義外,月壤還含有豐富的資源,包括:稀有氣體等氣體成分(特別是可用于可控核聚變的燃料氦-3)、鈦鐵礦、克里普巖(KREEP Rocks,富含K、REE和P)等礦物資源。
由于月壤處于月球的最表層,具有松散、非固結、細顆粒和易于開采的特點,是未來月球基地建設、采礦、修路、資源提取的首選目標。在可預見的相當長的時間內,月壤的經濟價值遠高于下伏的基巖。因此,對月壤的精細研究,可提供月球資源開發利用前景的重要信息,并為月球基地的選址提供重要的科學依據。
需要說明的是,目前所謂的月球資源,是指對地球上的人類具有潛在的開發價值,還不具備商業開發的價值。但是,利用月壤在月球上就地生產一些建筑材料、結構部件、鋪設路面、生產氧氣和水等,對于人類在月球上的長期居留是十分必要的。由于地球和月球之間運輸費用十分昂貴,月壤資源的就地開發利用,可以大大減少從地球上運到月球的運貨量,從而降低經費投入。
親愛的小讀者們,你們也想登月球挖“月壤”?就讓我們一起靜靜地等候“嫦娥五號”的好消息吧。
嫦娥工程簡介
在2006年2月由國務院發布的《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006—2020)》中,第一次明確將“載人航天與探月工程”列入了國家16個重大科技專項之一。按照工程規劃,“嫦娥工程”分為“繞”“落”和“回”三步走。
2007年和2010年,我國發射了“嫦娥1號”和“嫦娥2號”,這兩顆衛星都是月球軌道器,實現了“繞”的第一步驟;5年前的2013年,“嫦娥3號”在虹灣降落成功,并釋放月球車;“嫦娥4號”的任務是搭載相應的科學設備,將在人類歷史上首次在月球背面開展低頻射電天文觀測。而通過“嫦娥5號”,將進一步實現“回”,即月面無人取樣返回的目標。
月面采樣過程
1.著陸器會在月面采集巖石和月壤樣本并交給上升器。
2.上升器帶著樣品從月面點火起飛,與在繞月軌道上待命的返回器對接。
3.返回器收到樣本后,會在軌道器的助力下再次進入月地轉移軌道,大約3~4天后回到地球。