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做了10年“仿月壤” 现在他们要看看正品如何“造”出来

来源:科技日报2021-08-24 09:54

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  月球环境没有空气流通,没有风霜雪雨,其背面也无遮挡,犹如一台巨大的望远镜,记录着超新星喷射物的成分和着陆时间。因此,通过测量月球不同深度超新星相关核素含量,可以追踪近地超新星爆发历史。

  夏末秋初,200毫克的月球科研样品来到了中国地质大学(武汉)的实验室,令科研人员如获至宝,兴奋不已。

  “这些样品太珍贵了,或将为我们的研究带来很多新的突破。”中国地质大学(武汉)地球科学学院教授汪在聪如是说,月球科研样品到达的当天,他们便顺利进行了第一次无损实验,测试了月壤的某种物理特性。

  月壤的成分是什么?研究月壤的意义和价值何在?“年轻”的月球科研样品将为我国月球研究提供哪些重要信息?科研人员希望在随即开展的后续研究中找到答案。

  “年轻”的月壤科学价值重大

  “阿波罗时代获得的月球样品绝大多数是距今30多亿年前的古老样品。而我国嫦娥五号此次取回的月球样品,很可能非常‘年轻’(距今10亿余年)。”汪在聪表示,这是人类第二次获得直接的月球科研样品,对刻画月球深部过程和演化历史具有重大的科学价值。

  为保护好珍贵的月球科研样品,汪在聪和同事刚领取到样品,便立即对其进行塑封保存,同时在密封箱内放置足够的干燥剂,防止空气中的水分对样品造成影响。

  汪在聪介绍,200毫克月球样品将按正常程序,经过无损、少损、有损的分析过程展开研究,以保证最大的科研产出。

  “月壤包罗万象,有极大的研究价值,所以必须在实验室显微镜下进行详细的观察。”汪在聪说,此次申领的月壤样品和美国阿波罗号带回的月壤样品不一样,粒度非常细小,平均直径约20至30微米,远比人类头发丝细得多,仅凭肉眼根本看不见月壤颗粒。

  汪在聪团队主要从两大方向开展研究:一是月球表面遭受过很多次陨石撞击,也会受到太空风暴影响,可以通过样品研究月壤的形成和改造过程;同时,还可以通过成分和微区分析,探寻月球的岩浆过程和月幔演化历史,这是全世界都关心的问题。

  此次样品中,50毫克月壤可用于有损研究。“我们想研究月壤的平均成分,就需要进行破坏性研究,取得最大化的科研价值。”他说,以前用遥感的方法和间接手段推测的月壤成分不太准确,现在依据嫦娥五号带回的样品,可以和以往数据进行比对,弄清楚月壤的成分到底是什么。

  “我们学校的很多老师都在做相关研究,有了自己的样品,就有了更多更好的研究机会。”汪在聪说,该校组织科研队伍,做好详细研究方案,尽量做到样品低损耗,尽可能地获得更多的科研信息。

  模拟月壤十载终见真容

  在中国地质大学(武汉)实验室内,记者看到了像黑色沙土一般的月壤,只不过相比地球上的沙土,它们的颗粒更细。

  对嫦娥五号钻取子系统飞控专家组成员、中国地质大学(武汉)地球科学学院肖龙教授而言,月壤既熟悉又陌生。

  “我们为嫦娥系列任务研制模拟月壤近10年,总共为工程单位提供近100吨的模拟月壤。”肖龙说,知晓月壤性质,是月面采样能否成功的关键因素之一,所以需要研制出与月壤性质相似的模拟月壤,用于采样工程技术验证。

  肖龙介绍,他所在的团队从2009年开始做模拟采样。从预选着陆区地质分析,到在地球上寻找类似的岩石类型,进行后续模拟研制,其间遇到了很多挑战。“我们进行了上千次实验,失败了很多次,但最终在2017年完成了所有工作。”他说。

  肖龙说,嫦娥五号采取两种采样方式,即机械臂表取和钻具钻取,互为备份。样本预期总质量约为2公斤,其中钻取0.5公斤,表取1.5公斤,实际取样质量为1731克。

  “对月壤的认识和研究是月球科学探测,以及未来建立月球基地、利用月球资源等不可或缺的基础。”肖龙直言。

  值得自豪的是,嫦娥五号在月球正面最大的月海风暴洋北部吕姆克山脉附近着陆,这是其他国家的探测器从来没有到访过的地方。

  在肖龙看来,着陆点远离以往着陆采样区,能够回答以往没有解决的科学问题,吕姆克山区域有月球上最“年轻”的火山岩,此处的月壤样品研究意义重大。

  从登月取壤,到分“土”研究,肖龙感慨,深空研究是综合国力的见证,湖北科研工作者们期待从200毫克的样品中,早日获得创新性的科研成果,收获更多惊喜。

  汪在聪认为,这是我国首次从月球表面钻取样品返回,是我国科技实力的体现,对我们的科研更是难得的机遇。

  或将揭示月球起源之谜

  长期以来,人类对月球的起源十分关注,存在分裂说、俘获说、碰撞说等多个学说,国内外科学家莫衷一是。

  汪在聪说,科研人员可以通过月壤研究揭示月球隐含的科学秘密。

  汪在聪认为,对本次获得的月壤样品进行同位素含量分析,特别是长寿命放射性核素含量分析,可以获得月球土壤同位素组分及其形成年代,推测月球的演化进程,为研究月球起源提供关键数据支撑。

  “我们有明确的科研目标。”汪在聪说,依托该校地质过程与矿产资源国家重点实验室和行星科学研究所,研究团队能够做好此次科研任务。

  此外,研究月壤还有其他行星科学研究价值。月球环境没有空气流通,没有风霜雪雨,其背面也无遮挡,犹如一台巨大的望远镜,记录着超新星喷射物的成分和着陆时间。因此,通过测量月球不同深度超新星相关核素含量,可以追踪近地超新星爆发历史。

  据介绍,中国地质大学(武汉)行星科学研究所成立十余年,致力于月球和行星科学研究的前沿科学问题。

  汪在聪表示,深空探测是国家综合实力的体现,也是行星科学研究的一个方面。行星科学研究内容大有可为,在地球上的研究思路也可以延伸到其他行星,目前这类研究仍比较有限。

  “现在,越来越多年轻人加入行星科学研究,我国也成立了一级学科推动其发展。”汪在聪说,未来将着力培养更多年轻人才一起探索行星科学,为我国后续月球与深空探测提供科技支撑。(吴纯新)

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