人类首次月背采样返回,月壤明明不能种菜,为何嫦娥又要奔月挖土?

来源:科普中国 发布时间:2024年06月28日 作者:科普中国

2024年6月2日,嫦娥六号在月球背面南极-艾特肯盆地中的预选着陆点着陆,顺利完成月壤采样任务,于2024年6月25日顺利返回地球,还将带回大约2kg的月背样本,实现世界首次月背采样返回。

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嫦娥六号成功返回 图片来源:央视新闻频道

那么问题来了,嫦娥五号不是已经登月挖过一轮月壤了吗?经过测试发现这月壤还没法种菜……那么干嘛又要再让嫦娥六号跑一趟呢?其实,这绝不是多此一举。

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图片截自央视新闻频道对嫦娥五号的报道

接下来,咱们就简单聊聊月壤与地球土壤的区别和研究意义(不只是种菜),以及两次嫦娥取样任务得到的月壤会有哪些差异。

月壤和地球土壤的区别

虽然带个“壤”字,但若要把“月壤”展开成“月球土壤”来理解的话,就总觉得怪怪的,有点“德不配位”。抓一把地球上的泥土,软软的,黏黏的,凑近闻一下,有一股“泥土的清香”。而(如果能)抓一把月壤呢,硌硌的,刺刺的,凑近闻一下,恐怕会当场咳得涕泗横流。为什么会这样呢?因为月壤和地球土壤的生产过程大相径庭。

地球上的岩石在成土的过程中,首先要经历风化作用的洗礼。虽然“风化”只提到了风,但风化可不只是风的刻蚀,还有雨水冲刷、冰川切削、搬运转移、岩缝积水结冰膨胀造成的崩裂以及化学溶解等。

风化过程中,岩石逐渐被分割打磨成细碎润泽的颗粒、粉屑,形成黏土矿物,利于水的储留。雨水在参与风化作用的同时,也把可溶的矿物养分渐渐带到地下,形成各个深度分层。

而生物既因地球土壤受益,也为土壤作出了贡献,它们被大地滋养,死后也归于大地。所以,地球土壤既包含各种矿物质、有机物甚至微小生物等等,是一种复杂的混合体。

但是月球既没有大气也没有水(月球上有水,只是在极地的永久阴影区里面,可能是彗星撞击带来的。),生物更是无从谈起,所以地球上的这些丰富多变的成土手段,月球统统用不上。

月球上的岩石只能在(微)陨石撞击和昼夜温差下逐渐破碎,或者被来自太阳的太阳风、紫外线和X射线超精细加工。微陨石撞击的力度能使岩屑破碎,而撞击带来的高温又能反过来使碎屑重新烧结,最终形成的月壤更像是粗粝不堪、有棱有角的矿渣。

你想一想,如果把玻璃砸成渣,不管你怎么砸,其中的颗粒都是非常尖锐的。科学家把这个过程叫做太空风化。由于大气和磁场的严密保护,只有较大的流星体和一小部分紫外线才能抵达地球表面,所以月球上发生的这些,地球上也很难体会到。

总而言之,地球和月球上的成土过程基本上是互补的,即使只看无机质部分,也有明显的差异:在月壤里还没有发现黏土、云母、角闪石这些通过水合作用形成的矿物,但是却有纯纯的金属铁,而在地球的土壤中,也找不到未被氧化的钛铁颗粒。

说了这么多,弄清楚这些又有什么用呢?通过月壤的研究,我们一方面可以获得月球演化过程中留下的种种痕迹,更确切地了解月球是怎么变成今天这个样子的。此外,有了月壤样本,我们就能更好地了解月球上有哪些资源,同时也能为人类建立月球基地提供重要资料。

那么问题来了,嫦娥五号这不都取过一次月壤了吗?为什么还要来一次呢?

两次采月壤

可能有哪些不一样?

2020年底,嫦娥五号已经从月球取得1731克月壤样本,那么这次的嫦娥六号再次取样,又会刷新哪些认知呢?这里的主要看点有两个:一个是着陆点的地质结构不同,一个是月球正面和背面的空间环境不同。

从地质结构来说,嫦娥五号在吕姆克山附近着陆,吕姆克山是月球正面西北部的一座火山结构,着陆位置是火山活动形成的一片玄武岩漫溢区,地质年代非常年轻(虽然说还年轻,但也已经20亿岁了。只是相对月球上亘古来的岩石而言是很年轻。)。

而嫦娥六号的着陆地点是南极-艾特肯盆地,这可是整个太阳系中最大、最深、最古老的撞击盆地,撞击力度可能穿透月壳直抵月幔。

所以,这两处取样地点,一新一老,一是火山熔岩,一是天体撞击,一个代表内部活动,一个代表外部力量,我们就可以期待嫦娥六号返回与五号迥然不同的结果。

比如说,从嫦娥五号取得的月壤样本中,通过铀-铅同位素测年法,中国科学家确实发现了20.3亿年前才从熔岩中结晶而成的矿物晶体,一下子将月球冷却,岩浆活动停止时间延后了8亿年左右。

而从嫦娥六号这里,我们却会努力寻找形成于大约42亿-43亿年前的古老岩石,尽可能地了解月球形成早期的历史,特别是地球的这段历史,在地球上已经完全找不到了。在撞击盆地的月球表面也可能有从月幔翻出来的深处物质,如果嫦娥六号能够幸运采集到的话,也会大大推进人们对月球内部结构的了解。

从空间环境来说,月球的正面和背面也有点不一样。虽然从地球上只能看到月球的正面,看不到背面,月球始终以同一面朝着地球。满月前后,也就是月球正面正对太阳的这段时间,月球会被地球磁层的长尾罩住。

这段时间,月球感受到的太阳风“风力”会锐减,而从地球大气逃逸的粒子却有机会到达月球(所谓“地球风”)。而在初一前后,月球走到太阳和地球之间,背面正对太阳,此时的月球则是毫无遮挡地遭受太阳风的轰击,也不再有地球风的吹拂。

因此,和正面相比,月球背面是个被地球关怀更少、受太阳折磨更狠的地方。在月背的月壤中应该更难找到水或含水矿物,而氦-3(一种清洁核聚变能源)的储量则应比正面更丰富。

月球背面具有独特的环境,它几乎没有受到地球的影响,是天文学家用来观测宇宙更有利的地方。假如未来在月球建立科考基地的话,能源、水和氧气这些资源信息都是我们要摸清的,所以通过月壤来了解正面和背面的差异,不光是具有学术上的意义,更具有实际意义。