科学家从月壤里“挖”出了这些宝

　　今年9月9日，国家航天局、国家原子能机构联合宣布，来自中核集团核工业北京地质研究院(以下简称核地研院)的研究团队首次在月球上发现新矿物，并命名为“嫦娥石”。“嫦娥石”也是人类发现的第六种月球新矿物，其单晶颗粒的粒径只有10微米大小，不到一根头发丝直径的1/10。

　　水不会凭空产生，那么月球上的水是从哪来的？关于这一问题，科学界目前主要认为，月球水可能来自月球内部岩浆或外部太阳风，彗星、流星体和微流星体的撞击。但红外光谱数据显示，整个月球表面都有水的分布，而月球上的水若来自月球内部岩浆或来自外部天体撞击的话，其在月球表面的分布将会十分不均，这似乎无法解释为何水会遍布月球表面。因此，科学家普遍认为太阳风是月球水的主要来源之一。太阳风中含有带正电的氢离子，当其不断轰击月球表面时，其中的氢离子会与月表物质中的氧原子结合，从而在整个月球表面生成羟基或水分子，这样便可解释为何整个月球表面都有水的存在。

　　此外，嫦娥五号月壤样品中能够发现水，很大程度上得益于其采样地点的独特。嫦娥五号的月壤样品采样地点位于月球最大的月海——风暴洋的东北部，这里以前从未有人踏足，与以往别国任务的采样点相距甚远。而同位素定年结果更是表明，该区域月壤样品的年龄约为20亿年，是目前获得的最年轻的月壤样品。更为重要的是，嫦娥五号月壤样品中的主要组成物质是辉石、斜长石和橄榄石，而这几种矿物恰恰都是探究太阳风成因水储量的最佳载体。

　　由中国科学院地质与地球物理研究所和国家天文台主导，多家研究机构团队联合对嫦娥五号月壤样品展开研究。他们利用超高空间分辨率铀—铅定年技术，对嫦娥五号月壤样品玄武岩岩屑中50余颗富铀矿物进行分析，确定其形成年龄约为20.3亿年，这意味着月球直到20亿年前仍存在岩浆活动，将以往月球样品限定的岩浆活动停止时间向后推迟了约8亿—9亿年。

　　推演月球的来龙去脉

　　虽然整个月球表面都有水的存在，但并不意味着月球上每个区域月壤的水含量都相同。一部分的太阳风成因水会在太阳的照射下“蒸发”，还有一部分则会迁移并沉降到温度极低的两极永久阴影区，经过漫长的地质活动后形成大量水冰。而此次嫦娥五号月壤样品的研究结果也显示，由于月表存在翻腾作用，月壤颗粒暴露在太阳风中的时间不同，导致了矿物中注入的太阳风质子总量不同，进而也会致使不同区域月壤中的太阳风成因水含量不同。通过对嫦娥五号采样地区月壤成熟度的测定，结合此前遥感探测发现的月表中纬度地区太阳风成因水与月壤成熟度正相关这一现象，研究团队进一步提出，在与嫦娥五号采样区有着相似月壤成熟度的月表中纬度地区，其月壤中的太阳风成因水含量应大致相同。而在月壤成熟度更高的如风暴洋西北侧高地，其月壤中的水含量可能更高。这一看法不仅为未来月表水资源利用提供了重要依据，也为探索太阳系内其他无大气天体，如水星、小行星等表层土壤中的太阳风成因水的形成机制和分布规律提供了重要参考。

　　如果月球上曾经有过如此密集的火山喷发活动，那它们又是在何时停止的？嫦娥五号月壤样品同样给出了刷新过去认知的答案。在此之前，美国和苏联的月壤样本，以及地球上的月球陨石研究都表明，月球的岩浆活动至少持续到大约28亿到30亿年前。

　　研究团队结合此前在嫦娥五号月壤样品中已经发现的低钛、中钛月海玄武岩大胆推测，嫦娥五号着陆区历史上至少发生过3次火山喷发活动。徐伟彪认为，这一结论将为研究月球演化提供重要线索，也有望解答月幔源区不同物质成分来源、火山岩浆形成的能量来源和月球晚期火山活动的精细时空分布规律等多项重要问题。

　　核地研院月球研究团队牵头人李子颖表示，虽然“嫦娥石”所属的磷酸盐矿物在地球上很常见，但和“嫦娥石”化学成分一致的，地球岩石中至今还未发现。这也证明了“嫦娥石”形成的环境和条件不同于地球。通过对“嫦娥石”形成条件的研究，可以倒推月球演化过程，对认识月球起源与演化意义重大。此外，“嫦娥石”所含的高含量稀土是否具有开发价值，也值得进一步研究。

　　正是透过这些细微、不起眼的月壤，月球的神秘面纱正在被一点点揭开。

　　挖掘月球的潜在价值

　　除了存在潜在能源外，“浑身是宝”的月壤或许还有更多用途。今年5月，我国研究团队在详细分析嫦娥五号月壤样品中的元素和矿物结构后发现，月壤中的一些活性化合物具有良好的催化性能。研究团队以其为催化剂，利用人工光合成技术，借助模拟太阳光，成功将水和二氧化碳转化为了氧气、氢气、甲烷、甲醇。在此基础上，研究团队还进一步提出了利用月壤实现地外人工光合成的策略与步骤。该研究主要负责人之一、南京大学教授姚颖方表示，如果将月壤提取成分作为月球上的人工光合成催化剂，未来也许只需要月球上的太阳能、水和月壤，便能产生氧气和碳氢化合物，实现低能耗和高效能量转换，为建立适应月球极端环境的原位资源利用系统提供潜在方案。同时姚颖方也指出，目前月壤的催化效率低于地球上可用的催化剂，但研究团队接下来将对月壤中的有效催化成分进行分离、提炼，力求得到更好的催化效果，并争取实现地外人工光合成技术在未来航天计划中的搭载试验，从而进行真实环境验证。

文章来源：《中国麻业科学》 网址: http://www.zgmykx.cn/zonghexinwen/2022/0927/859.html