對話行星地質學家:「月球採樣」那點事

「嫦娥五號」計劃月球採樣2000克

對話行星地質學家：「月球採樣」那點事

「嫦娥五號」邁出了中國探月工程「繞落回」的關鍵一步，計劃目標是實現月面自動採樣並成功返回。這是我國探月工程最複雜、難度最大的任務之一。人類已經有四十多年沒有從月面採集月壤和月巖了，「月球採樣」究竟有何意義？記者23日採訪了中國地質大學（武漢）行星地質學教授肖龍。

肖龍教授考察柴達木盆地類火星地貌

「無人採樣」計劃月球採樣2000克

文匯報：在社會高度關注「嫦五」的同時，很多讀者也第一次聽到「行星地質學」這個詞，請先介紹一下，「行星地質學」研究的是什麼？

肖龍：行星地質學是行星科學的一部分。在1969年7月「阿波羅」飛船月球採樣返回之前，我們對月球的認識是很膚淺的。「阿波羅」月球樣品研究對月球科學起到了革命性的作用。正是由於「阿波羅」樣品的成功返回，提供了研究月球的實際材料，再結合大量遙感探測數據的研究，才開啟了行星地質學學科。可以說，是「阿波羅」任務開啟了行星地質研究的先河。現今，行星地質的研究對象包括了所有有巖石表面的天體，包括行星和衛星、小行星等。行星地質學研究月球、火星等類地天體的地形地貌物質組成，構造變形，以及它們的形成和演化歷史，這和地球科學家研究地球類似。從太陽系的角度來看，地球也是行星之一，而且研究其他行星通常是要借鑑我們對地球的認知。通俗地說，行星地質就是研究月球、火星等星球它們長什麼樣子，是什麼物質組成的，又是怎麼形成的等等。

文匯報：請簡要介紹一下人類「月球採樣」的歷程。

肖龍：迄今為止，人類的月球採樣分為「載人登月採樣」和「無人採樣」兩種方式。美國曆次「阿波羅計劃」總共採集了2415塊標本，總計約382千克。蘇聯的「月球計劃」以無人採樣的方式分3次取回了326克月球樣本。美蘇相加，尚不滿400千克。「嫦娥五號」採用的也是無人採樣，目標是一次月球採樣2000克。

文匯報：取回這2000克月壤月巖，有哪些重要意義？

肖龍：月壤是月球巖石經過數十億年的空間風化後形成的，包含不同粒度的巖石碎屑、礦物碎屑、隕石碎屑、撞擊熔體碎屑、火山玻璃和各種角礫巖，還有太陽風注入的各種粒子等。因此，科學家可以通過研究月壤中不同的組分，來獲得原始月球的物質組成、外來物質、形成時間等重要信息。研究月球的土壤還可以幫助我們了解早期太陽活動情況，從而為了解地球早期經歷的相關地質過程提供參考。從我國的行星科學來說，將利用這些寶貴的樣品，為認識月球開展深入的研究。其科學成果和不斷進步的工程技術，也有助於將來的載入登月和火星、小行星探測任務。

月球採樣有多難？

文匯報：您參與了月面著陸點的選擇，請教一下選擇著陸點時主要考慮哪些因素？

肖龍：著陸點的選擇最主要考慮兩點，一是工程的安全性，二是要有重要的科學價值。工程方面，主要考慮地形、地貌、坡度、光照和通訊等因素。科學方面，要重點考慮在月球科學中的價值，能否為回答月球科學問題提供關鍵樣本。例如，我們不能落在以往「阿波羅」的採樣點附近，也不能靠近蘇聯的採樣點；著陸點要有與以往不一樣的樣品，能夠回答以往沒有解決的科學問題。

文匯報：為什麼我國首次取月球土壤巖石就採用鑽探的方式？是不是地表以下的巖石蘊含著月球和太陽系更多的信息？

肖龍：鑽探採樣，就是想獲得從表面到地下一定深度的樣品。月球的月壤從表面到深部，其物質組成、粒度等性質有很大差異，不同深度的月壤記錄的月球科學信息也有所差異，因此需要獲得地下的樣品，而且要連續，保持原始的層理信息。這些樣品中包含有太陽風和宇宙射線與月巖相互作用的產物，因此對於了解太陽的活動歷史也是很重要的。

文匯報：據悉，「嫦五」這次鑽探深度達2米左右。月球無人鑽探的難度在哪裡？月面會不會太堅硬而鑽不下去？鑽探設備採用何種動力以使它的動力足夠強勁？

肖龍：無人鑽探確實難度非常大，主要是月面沒有水，不能對鑽頭進行冷卻，只能幹鑽，速度快了溫度升高也快，極有可能導致燒鑽，導致鑽探失敗。此外，鑽取的樣品如何進行轉移封裝等，都有很多技術難題。這次鑽探的主要目標是細粒的月壤，如果碰到堅硬的巖石，就很難鑽進了。鑽機的動力主要是靠太陽能，因此動力也是有限的。

文匯報：萬一鑽探設備發生故障，有沒有採用別的方式取回月球土壤的預案？

肖龍：為了保證採樣成功，除了鑽探採樣外，還要從月球表面抓取月壤。計劃中的2000克樣品，主要來自抓取。

肖龍教授在2019年「中國航天日·與青年有約」活動上演講

打開月壤月巖裡深藏的秘密

文匯報：有報導說，取回月巖有助於弄清月球何時停止火山活動，弄懂「月球何時停止火山活動」有多重要？地球不是還一直在火山噴發嗎？如果月球還未停止火山活動，是不是可以說月球的內核還是「熱」的，月球就還沒有「死去」？

肖龍：每個天體的生命周期都是有限的，一般體積大的天體壽命要大於小的天體。月球只有地球十分之一的質量，因此它會遠早於地球停止來自其自身內部的地質活動。與地球類似，火山和地震等是月球最直觀和最重要的地質活動現象。根據「阿波羅」的樣品研究，發現月球上的火山巖年齡都老於30億年，因此科學家推測月球的生命在那個時間就停止了。但後來的研究發現，月球還可能有一些更為年輕的火山巖。如果這一解釋能夠得到樣品數據的支持，就會改寫我們以往的認識。行星地質學家就要重新解釋，為什麼月球在距今十幾億年還有火山活動，它的熱源來自哪裡？等等。這類研究，也會對我們分析地球等類地行星的生命周期提供幫助。

文匯報：如果月球不久前還發生過火山噴發和月震，會不會影響將來人類在月球上建立基地？

肖龍：地質學上使用的年齡單位是百萬年，甚至是億年。我們所說的「年輕」火山活動也是十幾億年之前的事情了，那時地球上還沒有出現高等生命。科學家沒有發現月球上有活火山，因此不會對建立月球基地有影響。

文匯報：科學家對月球的研究，是不是會帶來我們對地球生命起源的新認識？

肖龍：地球生命起源是個未解之謎。研究月球無法給出直接答案，但是有些現象和事實可以幫助我們分析生命起源的可能性。一是月球上分布有無數的撞擊坑，這些撞擊事件，可以將月球上的巖石撞碎，並以極快的速度飛出月球引力區，部分就落到地球上。同樣的原因，我們在地球上也找到了不少的火星隕石。這說明太陽系不同天體的物質可以通過撞擊濺射相互交換。因此，不排除早期地球的生命物質是來自其他天體的可能性。另一方面，地球和月球之間的潮汐作用，也可能為地球海洋生命登陸提供了可能。

文匯報：土壤學家說，在地球上形成1釐米的土壤，要100-1000年的時光。您認為在月球上，如果產生1釐米的土壤，要多少年呢？是不是因為月球表面沒有有機物，所以土壤形成時間要長得多？

肖龍：從巖石轉化為土壤的過程，稱為風化作用，包括物理風化、化學風化和生物風化三大類。地球上土壤的形成速率與巖石的性質和所處的氣候環境等密切相關。月球上缺少化學風化和生物風化，只有物理風化作用。從巖石形成土壤的過程經歷了隕石撞擊破碎、太陽風和宇宙射線的照射、極大的溫差不斷使得石塊碎裂變成小顆粒、最後形成粒徑不到一毫米的月壤。科學家通過不同的模型計算，其結果相差很大，但形成1釐米厚的月壤至少也要上千萬年。

文匯報：您對我國探月工程「月球採樣」的願景是什麼？

肖龍：首先是期待這次任務圓滿完成。此外，我非常期待中國航天能夠早日實現載人登月。經過培訓的太空人就是月球上的地質學家，他們將有能力識別不一樣的巖石和土壤，這樣就可以收集和帶回更多有科學價值的樣品，為我們認識月球和地球本身提供更多科學依據。

圖：受訪對象提供

作者：文匯報記者 鄭蔚

編輯：葉松亭

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