九天攬月,築夢蒼穹!地大肖龍教授參與嫦娥五號探月工程計劃

這是長徵五號遙五運載火箭發射

新華社記者 金立旺 攝

11月24日凌晨4時30分，我國在中國海南文昌航天發射場，用長徵五號遙五運載火箭成功發射探月工程嫦娥五號探測器，順利將探測器送入預定軌道，開啟我國首次地外天體採樣返回之旅。

本次月球探測器計劃將首次實現從月球的採樣返回，把月壤和月巖等寶貴樣品帶回地球，有望為我國探月工程重大科技專項「繞、落、回」三步走發展戰略畫上一個圓滿的句號。我校肖龍教授作為嫦娥五號鑽取子系統飛控專家組成員參與此次計劃。

月面採樣能否成功的關鍵因素之一，是要了解月壤的性質，並研製出與實際月壤性質較為相似的模擬月壤，用於採樣工程技術驗證。肖龍教授團隊全面調研了阿波羅採集的月壤樣品性質，獲得了實際月壤的相關參數，以及隨深度變化的月壤剖面結構。根據實際月壤的可能狀態和月面低重力的工作環境，選取了多種與月壤性質較為相似的地球巖石，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粒度配比，經過大量試驗和迭代，研製了不同密度、不同級配、不同成分等十多個系列的模擬月壤，被工程單位用作地面鑽探試驗，確定各項鑽探參數，再根據這些參數設定月面鑽探取樣的工作模式。

肖龍及其團隊為嫦娥系列任務研製模擬月壤近10年，總共為工程單位提供了近100噸的模擬月壤。近期他們還研製了用於材料加工（如3D列印）的模擬月壤，以及模擬火星土壤等，為月球基地建設、火星探測、地外資源利用等，提供支撐。

肖龍教授還參與了嫦娥五號科學目標的論證和採樣點的選址工作。嫦娥五號將在月球正面最大的月海風暴洋北部呂姆克山脈附近著陸，此地從未有其他國家的探測器到訪過。為什麼選擇此處採樣？

肖龍表示，著陸點的選址最主要考慮兩點，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、光照和通訊條件等因素。科學方面，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。著陸點要遠離以往著陸採樣區，還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。呂姆克山區域，有月球上最年輕的火山巖，樣品的研究意義很大。

據了解，我校李大佛教授團隊和段隆臣教授團隊曾參加了部分鑽探方案設計和鑽探模擬試驗等工作。月球樣品成功返回後，我校也將積極申請樣品，開展相關研究工作。

對話肖龍教授：「月球採樣」那些事

「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。

11月24日4時30分，長徵五號遙五運載火箭發射升空

「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。

嫦娥五號攜帶月球樣品返回模擬圖

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。

肖龍教授考察柴達木盆地類火星地貌（受訪者供圖）

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。

（來源：文匯報 記者 鄭蔚）

文｜龐偉紅

圖片來源｜新華網 央視新聞 文匯報

微信編輯｜雷龔鳴

審核｜陳華文 王俊芳

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