1969年7月21日，宇航員阿姆斯特朗從阿波羅11號釋放到月球的登陸艙上走向月球，然后他說(shuō)了一句名言：“這是我的一小步，是人類(lèi)的一大步。”到1972年，美國國家航空航天局(NASA)共執行了7次登月任務(wù)，除了阿波羅13號因中途產(chǎn)生的故障而被迫返航之外，其余6次都獲得了成功，而且每次任務(wù)都帶回了月球的巖石與土壤。它們中一部分用于科學(xué)研究和科普教育，而其中的大部分一直被封存。

　　今年7月21日是人類(lèi)首次登月50周年紀念日，NASA計劃在今年將啟封一小部分封存至今的月球巖石與土壤，利用現代技術(shù)進(jìn)行研究。

　　月球巖石帶來(lái)重要信息

　　阿波羅11號到17號任務(wù)期間，共有約382公斤月球巖石與土壤被帶回地球。同期，前蘇聯(lián)的登月探測器“月亮”系列探測任務(wù)也帶回了約0.3公斤的月球土壤樣品。這其中一小部分樣品成為地質(zhì)學(xué)家與天體化學(xué)家的重要研究對象，特別是為判定月球表面物質(zhì)的年齡提供了參考依據。

　　由于月球上沒(méi)有空氣，月球上的巖石和土壤受到的風(fēng)化侵蝕主要來(lái)自太陽(yáng)風(fēng)和宇宙粒子輻射。它們還受到晝夜交替太陽(yáng)光照帶來(lái)的熱膨脹與收縮作用，以及頻繁的隕石撞擊。后者不僅給月球表層土壤帶來(lái)了新的天外物質(zhì)補充，還把巖塊撞擊成細微至10—200微米的塵埃，以至于可以快速透過(guò)宇航員的宇航服而威脅到載人月球探測的安全。

　　月球巖石與土壤包含了豐富的月球本身、月面空間天氣環(huán)境、太陽(yáng)系小天體、宇宙輻射等的豐富信息，對其研究解開(kāi)了眾多關(guān)于月球本身的謎團，也使人們獲得了許多重要成果。

　　這些采樣分析成果，為后續包括我國“嫦娥”月球探測工程和日本、印度的月球探測計劃實(shí)施，提供了直接參考和探測數據標定依據。比如，使用標定后的月表光譜成像探測數據，科學(xué)家獲得了月球表層精細的氧化鈦鐵的含量，發(fā)現其含量遠遠低于通過(guò)吸積過(guò)程生成一個(gè)固體行星的應有含量。我國學(xué)者以此為線(xiàn)索重建了地球被撞擊后拋出的殼幔物質(zhì)和撞擊天體聯(lián)合構筑形成月球的過(guò)程。另一個(gè)重要的結果是，嫦娥四號在月面南極盆地的著(zhù)陸區發(fā)現了大量橄欖石成分，它們很可能來(lái)自月球深部，因撞擊來(lái)到這里。

　　通過(guò)研究月球巖石，并與月球激光測距50年的結果融合比對分析，還讓人們首次確認月球和地球一樣有殼、幔與核，這樣的內部分層結構與地球類(lèi)似。

　　對月球巖石的研究不僅促進(jìn)了對月球的認識，還促進(jìn)了行星科學(xué)的發(fā)展。人們在研究了這些月球巖石與土壤之后，確定了水星與火星表面部分的年齡，確認了木星、土星、天王星與海王星這樣的大行星在靠近太陽(yáng)的地方形成、然后再向外遷移到現在的位置，還對一些小行星有了更深入的理解。

　　可以毫不夸張地說(shuō)，月球上取得的巖石與土壤使人類(lèi)對月球乃至于整個(gè)太陽(yáng)系的了解大大加深，為人們認識月球與太陽(yáng)系天體的物理性質(zhì)甚至起源提供了非常重要的信息。

　　嫦娥五號也將登月取土

　　雖然尚未有中國人登上月球，但我國在月球巖土無(wú)人取樣這方面快速進(jìn)步。嫦娥三號于2013年12月在月球上軟著(zhù)陸，通過(guò)對月球土壤的著(zhù)陸探測研究，發(fā)現了有別于阿波羅任務(wù)采樣的新的月表礦物;同時(shí)，進(jìn)行了雨海地區分層結構研究，重新認識了該地區多期次玄武巖活動(dòng)特征。嫦娥四號則于2019年1月成為世界上首次在月球背面軟著(zhù)陸的探測器，通過(guò)對月球土壤的著(zhù)陸探測分析，深化了對南極艾肯盆地的撞擊形成過(guò)程和下月殼甚至上月幔物質(zhì)組成的認識。這兩次任務(wù)驗證了軟著(zhù)陸的技術(shù)。在此基礎上，嫦娥五號將在月球上軟著(zhù)陸之后，獲取月球土壤。

　　按照計劃，嫦娥五號的著(zhù)陸器將在登月后采集月球土壤，然后發(fā)射升空，與軌道器對接，將月壤帶回地球。根據設計，嫦娥五號可以帶回大約2千克位于月球表面2米深度范圍內的月球土壤。對這些月球土壤的研究，將有力促進(jìn)人們對月球的認識。當前，這個(gè)計劃正在進(jìn)行之中，嫦娥五號計劃于今年年底用長(cháng)征五號發(fā)射升空。

　　新的發(fā)現表明，月壤盡管缺少水，但在1噸月壤中平均含有6個(gè)礦泉水瓶的水可供提取使用。嫦娥五號著(zhù)陸器采集的月球土壤將為評估其著(zhù)陸區域月壤中水的含量提供直接的依據。進(jìn)一步地，可以使用地球火山灰模擬該采樣的月壤，搭建環(huán)境場(chǎng)所，為未來(lái)月面長(cháng)期駐扎探測提供研究測試和訓練。這項月壤仿真和應用研究在我國也已經(jīng)開(kāi)展了多年。

　　認識月球未必要著(zhù)陸

　　除了直接登月、取回土壤之外，人們還用其他多種方法研究月球。最符合傳統風(fēng)格的方式就是用地面望遠鏡與繞月衛星直接觀(guān)測月球表面。隨著(zhù)望遠鏡技術(shù)越來(lái)越強大，用望遠鏡看到的月球細節也越來(lái)越清晰。例如，1994年，NASA發(fā)射的一個(gè)繞月衛星首次獲得了接近完整的“月圖”;1998年，NASA發(fā)射的另一個(gè)繞月衛星發(fā)現月球兩極的氫超過(guò)預期值，并推斷這可能是月球兩極水冰導致的。

　　中國、日本、歐洲、印度在過(guò)去分別發(fā)射多個(gè)繞月探測器探測月球。如歐洲在2004年發(fā)射的探月衛星研究了月球表面的化學(xué)成分。中國分別于2007和2010年發(fā)射的嫦娥一號與嫦娥二號衛星獲得了全球第一幅完整的月球影像圖以及微波亮溫圖，并進(jìn)行了世界上精度最高的月表質(zhì)填圖。NASA在2012年發(fā)射的繞月衛星研究了月球的內部分層結構。日本和印度在此期間也發(fā)射了各自的繞月衛星。這些任務(wù)使人們進(jìn)一步了解了月球表面形態(tài)與化學(xué)成分以及月球內部結構，使得我們對月球的認識在過(guò)去幾十年不斷深入。

　　認識月球的另一個(gè)重要方法，是用類(lèi)似于地震儀的儀器來(lái)探測月球的震動(dòng)，再用月震學(xué)方法來(lái)研究?jì)x器探測到的信號。由于外太空天體的撞擊、月球部分區域的滑坡事件與月球內部的活動(dòng)，月球上會(huì )經(jīng)常發(fā)生月震。早在1969年阿波羅11號任務(wù)期間，宇航員就在月球靜海西南區域放了月震儀。此后的幾次登月任務(wù)中，又有五個(gè)區域被放置了月震儀。這些月震儀構成一個(gè)探測網(wǎng)絡(luò )。此后對上萬(wàn)次記錄到的月震信息的研究表明，月震持續時(shí)間比地震長(cháng)得多，人們也從那些月震數據中推斷出月球的分層結構信息，包括月核、月幔與月殼的厚度與密度。

　　最近的一項研究使用了阿波羅12、14、15與16號放置的月震儀從1969年到1977年之間探測到的數據，發(fā)現月球的半徑正在縮小。

　　用新技術(shù)研究舊樣品

　　阿波羅號從月球上取回的土壤與巖石，在從月球取出的時(shí)候就用真空包裝或者放在充氦氣的容器中，此后一直存放在充氮氣的環(huán)境中，未受到地球大氣的污染，也沒(méi)有被碰觸過(guò)。到現在，最久遠的一批樣本被密封的時(shí)間已經(jīng)達到50年。在過(guò)去50年間，它們幾乎沒(méi)有發(fā)生變化。

　　現在，NASA正計劃重新開(kāi)啟一部分保存著(zhù)月球巖石與土壤的保險箱，讓人們用如今最新技術(shù)研究它們。為了避免在取出的過(guò)程中被污染或者破壞，有關(guān)人員正在用實(shí)體模型來(lái)模擬取出的過(guò)程。

　　由于技術(shù)的進(jìn)步，人們現在只需要50年前用量的百萬(wàn)分之一的樣品，就可以得到一樣可靠的研究結果。更重要的是，由于有了大量之前沒(méi)有的技術(shù)，人們可以從中獲得更多重要信息。
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