月球「土」特產裡寶藏多:氦-3、古老月巖石、月海玄武巖

2020-12-24 澎湃新聞

12月17日,「嫦娥五號」在月球採集約2公斤月壤返回地球。為什麼國家要花大力氣千裡迢迢去月球帶些「土」特產回來?其實表面一片荒蕪的月球有很多寶藏,這些被人類帶回地球的「土」特產也有不小的用途……

月壤寶藏——氦-3

當你來到月球,踏上美麗的月面,首先可以隨手收集一把腳下的月壤。月壤覆蓋在整個月球表面,是由巖石碎屑、礦物顆粒、玻璃、隕石碎片、粘合集塊巖等組成的鬆散堆積物。

與地球土壤的形成過程不同,月壤是在隕石和微隕石的頻繁撞擊、撞擊濺射物堆積、宇宙射線和太陽風的轟擊,以及劇烈的溫差促使月表巖石熱脹冷縮破碎等機械作用下最終形成的。月壤的堆積速度極其緩慢,大約1億年可以堆積到1.5~3米厚,比地球土壤形成要困難得多。

月壤成分非常複雜,最令人矚目之處在於它蘊含著豐富的氦-3。氦-3有許多有趣的特點:液氦可以產生奇特的膜移動現象,在約零下271攝氏度的低溫下會出現「超流」,能沿容器壁向上流動,比熱容、表面張力、壓縮性都是反常的。

月球有豐富的氦-3資源  「中國航天報」微信公號 圖

氦-3為地球能源問題提供了一種解決方案。它是優良的核反應原料,1公斤氦-3和0.67公斤氘發生核反應,將產生相當於一個一百萬瓦發電廠19年發電量的能量,核發電效率非常高。而且氦-3在聚變過程中不產生中子,放射性小,反應過程易於控制,既環保又安全。

氦-3最初是在太陽上由熱核反應形成,然後借太陽風撒向四面八方,只有很少的量能到達地球和別的行星。因為大氣層和磁場的阻礙,它們很難落在地球表面。月球幾乎沒有大氣層和磁場,所以太陽風攜帶的微粒便能順順噹噹地落在月球上,「陷進」月面浮土裡。

月壤中海量的氦-3儲量可以滿足人類上千年的能源需求。同時太陽風還在源源不斷送來氦-3,儲量有增無減,這讓尋找新能源的科學家們看到了希望。

古老月巖石,開發價值高

月球表面的各種巖石本身非常有紀念意義,因為它們有最古老的歷史。目前地球上能找到最古老的巖石年齡約為38億年,更久遠的就找不到了。

根據同位素的分析結果顯示,月殼高地巖石的形成年齡為42~43億年,是目前為止發現的「最老」的巖石。它不僅揭示了月球巖石類型、月球的總體成分特徵及其化學演化歷史等,同時還蘊含著太陽系行星、衛星早期演化歷史的重要科學信息。

除了古老,月殼高地主要巖石類型有富含矽、鋁、鈣、鈉的斜長巖,富含鎂的結晶巖套和富含鉀、稀土元素、磷的克利普巖,它們都各有特色且具有很大的開發價值。

克利普巖在月球上分布廣泛,它是巖漿分異或殘餘熔漿結晶形成的富含揮發元素的巖石,也被稱為「月球上的花崗巖」。

克裡普巖的主要礦物成分有長石、輝石、二氧化矽礦物和不透明礦物,不含或含極其微量的橄欖石,克裡普巖中的鉀元素、磷元素、稀土元素、釷元素及鈾元素的含量頗豐。

上述這些都在地球上有非常廣泛的用途,稀土元素應用於國防工業、冶金、機械、石油、化工、玻璃、陶瓷、紡織、皮革、農牧養殖等領域。釷可以製作合金、催化劑、高溫陶瓷材料、光電管、電子管、特殊焊條以及吸氣劑等,還是製造高級透鏡的常用原料;釷也是潛在的核燃料,經過中子轟擊它可以轉化為鈾233,有重要的能源用途。

月海玄武巖,工業用途廣

如果你是去月海遊覽,這裡的「特產」就要數玄武巖了。

月球玄武巖 

從地球看月亮,會發現月亮表面有明有暗,早期的觀察者以為這些地方被海水覆蓋,稱它們為月海。實際上,月球本身並不發光,而是反射太陽光,月海也沒有水,之所以暗淡是因為裡面遍布玄武巖,反射率比較低,所以看起來月海部分都是暗灰色的。

玄武巖是地下巖漿從火山中噴出或從地表裂隙中溢出後,經冷卻凝結而形成的火成巖。一般來說,玄武巖顏色較深,在巖石中可見氣孔,這些氣孔後來可能會被其他礦物充填。玄武巖巖漿的黏度小,易於流動,形成很大的覆蓋層,常形成廣大的熔巖臺地,分布很廣。

月球上的玄武巖有很大開發價值。從美國6次阿波羅計劃和蘇聯3次月球號探測器帶回的月球樣品分析結果表明,玄武巖中鈦鐵礦含量較高。後來的「克萊門汀號」和「月球勘探者」探測器也證實了這一點。

克利普巖 

鈦鐵礦是提煉鈦和二氧化鈦的主要礦物,純鈦和鈦合金是新型的結構材料,在航天工業和航海工業中應用巨大;二氧化鈦俗稱「鈦白」,是一種優良的白色塗料,在光觸媒、化妝品等工業領域也應用廣泛。

這些資源不僅對人類在地球上的生產生活非常重要,而且在未來的月球基地建設中也有重要的作用。玄武巖中鈦鐵礦可以提供鐵、鈦和氧,與氫反應產生的水將是月球基地獲取水資源的重要途徑之一。

別致的顏料——月塵

當我們離開月面返回太空飛行器,抖抖身上的衣服,會得到另外一種月球的「饋贈」——月塵。

月塵與月壤、月球巖石的成分一致,主要來源於月球表面的風化碎屑物,在隕石轟擊、太陽風和宇宙射線以及巨大的晝夜溫差變化等作用下形成,只不過更加纖細。

不過月塵帶來的更多是麻煩。地球上的灰塵在風和水流的長期侵蝕作用下會變得平滑,月球上既沒有風也沒有流動水,塵埃顆粒保持著尖銳鋒利的狀態,所以它會對人體和太空飛行器造成損壞。

在阿波羅任務中,12名登月航天員因為吸入月塵,都引發了各種症狀,包括眼睛和肺部感到刺痛,產生過敏反應——流淚、咳嗽,甚至呼吸困難,這被稱為「月球花粉熱」。

由於月球的低重力和紫外線照射引發的靜電效應,月球表面月塵能瀰漫數十米高,阿波羅飛船降落月球時,隨著高度降低,月面能見度越來越糟糕,在著陸前幾秒,幾乎什麼都看不見,讓航天員心驚膽戰。

揚起的月塵還會附著在航天服和太空飛行器表面,很難清除乾淨。粘附的月塵堆積在一起,還會導致各種設備故障和機械卡死的問題。

雖然帶來的都是麻煩,但是月塵也有一些別出心裁的用處,比如說用來做顏料。

阿波羅12號的航天員艾倫·賓在退役後成為一名職業畫家,他把在太空和月球上的見聞,用藝術的形式優美地展現出來。

最傳奇的是,艾倫使用的顏料絕世無雙,裡面摻了一些月塵。至於這些月塵是從哪裡來的,是從兜裡帶出來的,還是美國宇航局贈送的,就不得而知了。反正經營他畫作的藝術畫廊一直都這麼說,而且這些油畫深受太空迷、收藏家的推崇。

當有一天我們登上月球,這些隨身而來的小東西不妨收集起來,製作成一些工藝品或小物件,帶來的就是月宮的問候。

(原標題:月球「土」特產,寶藏何其多)

(本文來自澎湃新聞,更多原創資訊請下載「澎湃新聞」APP)

相關焦點

  • 嫦娥五號成功登月挖土,美國6次登月,為何還要中國分享月球土壤
    所以科學家需要實際證據來支撐這些猜想,而中國嫦娥五號登陸的位置是在呂姆克山(Mons Rümker)附近,這是位於風暴洋(Oceanus Procellarum)北部地區的一個1300米高的火山群,《科學》雜誌報導稱,根據來自較大誤差撞的擊坑統計定年模型,此處可能在大約13億年前發生過火山噴發,晚於絕大多數月海玄武巖的噴發,如果嫦娥五號採回的樣本能夠證實這段時間月球仍在活動
  • 嫦娥五號成功落月,為何它不去找阿波羅遺骸,而選擇了個偏僻小山
    ,位於月球最大的月海風暴洋中,是一片因月球歷史晚期的火山活動而形成的凸起區域,底部直徑大約為70千米,最高處比圍繞它的平原要高出大約1300米,周圍環繞著20多個圓形的熔巖穹丘,位於月球正面的西北方,風暴洋是月球上最大的月海,南北約2500千米,位於面向地球一面的西側,是一片廣闊的灰色平原,由遠古火山噴發形成的玄武巖構成。
  • 嫦娥5號從月球取土返回,月球土到地球後會不會有很大的輻射?
    嫦娥5號探測器的上升器,已經於2020年12月3日晚間,攜帶著2公斤的月球土樣品從月面起飛,隨後與停留在月球上空環月軌道上的軌道器進行對接,然後將月壤樣品轉移到返回器中,等待時機踏上返回地球的徵程。嫦娥5號降落的地點,處於月球正面風暴洋北部呂姆克山附近的月海,與美國和前蘇聯之前登陸探測器採集月壤的地點完全不同,這裡對於人類來說還是一個全新的區域。
  • 嫦娥五號從月球帶回4斤「土」,裡面有什麼寶?
    (圖片來源:CCTV截屏)文/張淼12月17日凌晨,歷經19多天的太空工作,嫦娥五號攜帶來自風暴洋呂姆克山的2千克月壤返回地面。這是1976年蘇聯月球24號帶回100多克月球樣本以來,人類再一次得到來自月球的「土」。
  • 今晨嫦娥五號從月球帶回4斤「土」,裡面有什麼寶?
    (圖片來源:CCTV截屏)文/張淼12月17日凌晨,歷經19多天的太空工作,嫦娥五號攜帶來自風暴洋呂姆克山的2千克月壤返回地面。這是1976年蘇聯月球24號帶回100多克月球樣本以來,人類再一次得到來自月球的「土」。
  • 月球取土,地質科技來幫忙
    團隊根據實際月壤的可能狀態和月面低重力的工作環境,選取了不同類型的玄武巖、火山灰、斜長巖、鈦粉等數十種與月壤性質較為相似的地球巖石和礦物,選擇特定的工藝,對巖石進行破碎加工,製造出顆粒形態和成分等都與實際月壤相似的原料,進而將不同粒度的原料進行配比。
  • 嫦娥五號任務月球樣品正式交接,1731克「土」研究拉...
    嫦娥五號任務月球樣品正式交接,1731克「土」研究拉開序幕12月19日,嫦娥五號任務月球樣品正式交接,我國首次地外天體樣品儲存、分析和研究工作也隨之拉開序幕。據悉,經初步測量,嫦娥五號任務採集月球樣品1731克。月壤能用來幹什麼呢?
  • 有了月球的氦-3,就能用電自由,不怕拉閘限電了?
    「終極能源」江湖上有一種傳聞,說是月球上有一種東西叫「氦-3」,它是人類未來的終極能源,有了它,我們將有用不完的電,並且電費便宜到不可想像的地步。說起氦-3,你會很自然地想起核聚變,它是一種核聚變燃料。我們知道在太陽的中心時刻都在發生核聚變,因此大家習慣地將正在研製中的核聚變裝置稱為「人造太陽」,意思是它能為我們帶來源源不斷的清潔能源。
  • 人類探月史之三,「嫦娥一號」繪製月球全景圖,美國探尋礦產氦3
    1991年10月2日,第10次飛掠月球,在L4與L5拉格朗日點軌道上探尋宇宙粒子。1992年2月15日,飛天號的燃料不多了,它開始飛入月球軌道。1993年4月10日,它接到指令撞擊在月球的弗地區,完成硬著陸。
  • 月球「土特產」價值幾許?味道如何?
    嫦娥五號取回的月壤是混合物質,主要成分除了取土點原地破碎玄武巖外,還有月球高地被撞擊濺射來的斜長巖、隕石的碎片等,是平均直徑小於1毫米的巖石顆粒。嫦娥五號鑽取子系統飛控專家組成員、中國地質大學(武漢)行星科學研究所肖龍教授介紹,通過對美國和前蘇聯帶回的月球樣品研究,科學家們發現,月球上的火山活動在35億年前達到頂峰,之後減弱並停止。
  • 月球採礦,暗中圈地,看似平靜,實則大國博弈
    嫦娥5號就要回家了,嫦娥5號探月計劃是嫦娥探月工程的收官之戰,在嫦娥一號到4號的任務裡,我們完成了對月球的環繞探測,月面著陸和放月兔月球車,到月面上巡查這些任務,這回我們就要把月球上面的土壤巖石帶回地球來,這也是我國首次在月球上挖礦,這些珍貴的土壤和礦石對科研領域有著重要價值,雖然它的經濟價值有限,但話又說回來,月球上會不會真的有礦
  • 嫦娥五號到月球挖土究竟有多難 挖土有什麼意義?
    這些都是月球探測器上的儀器無法直接測量得到的。  研究表明,這些樣品大多來自月球正面中低緯度的月海區域,形成年齡集中在32-46億年前。  在完成著陸後,嫦娥五號將研究並解決許多問題:  1、呂姆克山區域的真實巖石年齡?  雖然這裡與「阿波羅號」以及「月球號」同屬月海區域內,但距離甚遠。
  • 嫦娥五號月球挖的「土」,為何世界各國沸騰了?
    嫦娥五號在月球挖了兩公斤「土」,為什麼老外那麼緊張呢?這次我們帶回來的圖案確實是不同凡響的。嫦娥五號探索的和取樣的位置非常特殊,是人類的探測器從來沒去過這個地方, 位於月球北部 叫呂姆克三的地方。這個地方直到十到十五年前才停止火山噴發是月球上呢最年輕的區域。
  • 月球地下是什麼?嫦娥四號最新發現,幫助揭示月球數十億年的演化史
    嫦娥四號探測器發射於2018年12月,並於2019年1月3日在月球背面的南極-艾肯特盆地內的馮·卡門隕石坑底部成功著陸,這也是世界首個實現月球背面軟著陸的太空飛行器。 南極-艾肯特盆地形成於39億年前,直徑約2500千米,是目前太陽系內已知最大和最古老的隕石撞擊盆地。
  • 白的、黃的、灰的…月球究竟是什麼顏色的?
    月面上深色的部分被稱作月海(因為在地球上,大片的水面顏色是深色的,人們曾經以為月球的情況也是如此),淺色的地方與月海相對,稱作月陸。 深色的月海 最常見的巖石類型是玄武巖 玄武巖在地球上也有很多 它的顏色是這樣的
  • 這份月球「土」特產到底有啥用?
    12月17日1時59分, 嫦娥五號返回器攜帶月球樣品 在內蒙古四子王旗預定區域安全著陸, 探月工程嫦娥五號任務取得圓滿成功 自11月24日開始探月旅程以來,
  • 月球上到底有什麼?為什麼要去探測?遠在天邊近在眼前的資源寶庫
    目前在月球的巖石中已經發現擁有幾乎地球所有的元素和六十多種礦物,並且其中有六種礦物還是地球沒有的。 最值得我們重視的就是土壤中的氦-3,這是一種被科學家們稱為完美能源的物質,也是我們地球非常需要的環保能源。利用氘和氦-3進行的氦聚變是容易控制的核聚變,這種聚變不產生中子,安全無汙染,可作為核電站的能源。不僅可用於地面核電站,還特別適合宇宙航行。
  • 中國嫦娥五號出徵,將打破美國對月球圈地運動
    按照計劃中國於2020年11月24凌晨在海南文昌航空航天發射中心將發射嫦娥五號探測器,而這次發射也是中國嫦娥探月工程的收官之戰,在嫦娥一號到四號的任務裡,我國完成了對月球的環繞探測月面著路和釋放月兔月球車任務。
  • 「嫦五」月球採樣倒計時,中國為何要去月球「挖土」?
    英國廣播公司(BBC)此前報導稱,月壤中存在大量對於地球來說十分寶貴的礦產資源,如稀土以及氦-3,其中鋯等稀土則是作為高科技產品必不可少的材料,而氦-3是未來清潔、高效核能源的關鍵。航天技術著名學者黃志澄向澎湃新聞(www.thepaper.cn)指出,在核聚變反應中,氫的三種同位素與氦-3聚變釋放出的能量是所有核聚變反應中最大的,因此氦-3是核聚變最理想的燃料,「倘若我們此次成功完成採樣返回,我國就可對月壤內的氦-3含量有一個明確的概念,也可就此作出是否要進一步開發的決定。」
  • 科技|中國探月16年,嫦娥五號或將改寫月球歷史
    它在月面軟著陸後,用自動鑽孔機採集月球樣品,然後把樣品封裝於返回艙內。接著,上升級從月面起飛返回地球,最終返回艙於1970年9月24日在蘇聯境內著陸。它從月球豐饒海取回了一塊101克的小樣本。