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嫦娥五號月壤樣品研究成果發(fā)表70余項

2024-06-24 09:45:25人民日報
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  截至目前,國家航天局已向國內131個(gè)研究團隊發(fā)放7批次共85.48克科研樣品,70余項多個(gè)領(lǐng)域研究成果在中外重要學(xué)術(shù)期刊發(fā)表。通過(guò)研究月壤,許多月球奧秘正在揭開(kāi)。

  6月25日,完成月球背面采樣的嫦娥六號,就要帶著(zhù)“月球包裹”出差回家,抵達地球了,首次月背采樣返回之旅即將結束。

  而在2020年12月17日,嫦娥五號從月球帶回1731克月壤樣品,這是人類(lèi)首次獲得的月表年輕火山巖區樣品,也是中國科學(xué)家第一次擁有屬于自己的地外天體返回樣品。

  3年多來(lái),國家航天局已向國內131個(gè)研究團隊發(fā)放7批次共85.48克科研樣品,第一批國際申請已完成專(zhuān)家評審。目前共產(chǎn)出105篇科技論文,尤其發(fā)現了月球第六種新礦物“嫦娥石”,通過(guò)樣品的地質(zhì)定年將月球火山活動(dòng)結束時(shí)間推遲了約8億年,創(chuàng )新發(fā)現太陽(yáng)風(fēng)成因機制等科學(xué)成果;在國家元首會(huì )見(jiàn)時(shí),向俄羅斯、法國各贈送1.5克科研樣品;在國家博物館、黨史展覽館等場(chǎng)館長(cháng)期展出,赴港澳等地公開(kāi)巡展,充分發(fā)揮月球公益樣品科普價(jià)值。

  專(zhuān)家表示,雖然發(fā)放月壤樣品僅占采回樣品的5%左右,但取得的科學(xué)研究成就涵蓋了月球形成、演化、太空風(fēng)化作用與機制以及資源利用等多個(gè)領(lǐng)域,推動(dòng)了我國行星科學(xué)的發(fā)展,培養了行星科學(xué)研究的人才隊伍,初步形成科學(xué)、技術(shù)、工程融合創(chuàng )新發(fā)展。

  測定月壤樣品形成年份,將月球火山活動(dòng)結束時(shí)間推遲約8億年

  專(zhuān)家介紹,嫦娥五號月壤樣品采自月球的玄武巖單元,這些玄武巖是月幔形成的巖漿溢流到月表固化而成的巖石,它們記錄著(zhù)月球演化的密碼。

  “嫦娥五號著(zhù)陸區是月球最年輕的玄武巖單元之一,此前研究推測這一區域的年齡為10億至30億年,但這種推測方法存在極大的不確定性。”中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員賀懷宇介紹,利用自主研發(fā)的超高分辨定年技術(shù),我國研究團隊測定嫦娥五號月壤樣品玄武巖形成于20億年前,將月球火山活動(dòng)的結束時(shí)間推遲了約8億年,并為撞擊坑定年曲線(xiàn)提供了關(guān)鍵錨點(diǎn),大幅提高了內太陽(yáng)系星球表面撞擊坑定年的準確度。

  除了月球巖漿活動(dòng)停止的確切時(shí)間外,月球最晚期巖漿活動(dòng)的成因也一直是未解之謎。以前科學(xué)界存在兩種可能的解釋?zhuān)簬r漿中富含放射性元素以提供熱源,或富含水以降低熔點(diǎn)。

  然而,我國對月壤的最新研究卻排除了這兩種主流觀(guān)點(diǎn)。

  研究人員發(fā)現,嫦娥五號月壤樣品中的玄武巖初始熔融時(shí)并沒(méi)有富集鉀、稀土元素、磷的“克里普物質(zhì)”,這一結果否定了初始巖漿熔融熱源來(lái)自放射性生熱元素的假說(shuō)。

  對于巖漿是否富含水,研究發(fā)現,月幔的水含量?jì)H為1—5微克/克,也就是說(shuō),月幔非常的“干”。

  基于以上研究,我國科學(xué)家提出新的年輕火山形成機制和月球熱演化模型,并對未來(lái)的月球探測和研究提出了新的方向和啟示。國際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表評述文章指出,“嫦娥五號任務(wù)在過(guò)去從未涉足的月球表面,帶回了迄今為止采集到的最年輕火山巖樣品,這些巖石的研究結果表明非常有必要修正已有的月球熱演化模型”。

  研究月表水成因,太陽(yáng)風(fēng)為月球帶來(lái)可利用的水

  近10年來(lái),諸多探測器和觀(guān)測結果都表明月表普遍存在水(OH/H2O),兩極含量高、赤道含量低,極區甚至有水冰,且隨日照時(shí)間發(fā)生動(dòng)態(tài)變化??茖W(xué)家認為,太陽(yáng)風(fēng)、火山噴發(fā)、小行星和彗星都有可能是月表上水的重要來(lái)源。但是,由于缺乏直接的樣品分析證據,月表水的成因和分布一直存在爭議。

  中國科學(xué)家對嫦娥五號月壤樣品的最新研究顯示,月表中緯度區域太陽(yáng)風(fēng)在月壤顆粒表層中注入的水比以往認為的更多,而月球高緯度區域可能含有大量具有利用價(jià)值的水資源。

  研究人員通過(guò)氫與氘的比值分析證明,嫦娥五號月壤顆粒的最表層的水都是由太陽(yáng)風(fēng)高速注入月球表面的??蒲腥藛T分析發(fā)現,從太陽(yáng)發(fā)射出的氫離子平均速度達到每秒450公里,它們就像子彈一樣打入月壤顆粒的表層。

  通過(guò)紅外光譜和納米離子探針?lè )治?,中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所科研團隊發(fā)現,嫦娥五號礦物表層中存在大量的太陽(yáng)風(fēng)成因水,根據估算,太陽(yáng)風(fēng)質(zhì)子注入為嫦娥五號月壤貢獻的水含量至少為179ppm(濃度單位),相當于每噸月壤中至少含有170克的水。

  研究團隊基于再加熱實(shí)驗分析結果,對不同溫度下月壤顆粒中氫的保存開(kāi)展了數值模擬,結果顯示太陽(yáng)風(fēng)成因水可在月表中、高緯度地區得到較好保存。該研究證實(shí)了月表礦物是水的重要儲庫,為月表中緯度地區水的分布提供了重要參考。

  專(zhuān)家表示,這一發(fā)現對于未來(lái)月球水資源的利用具有重要意義。中國計劃在月球南極建科研站,研究表明月球南極區域的水含量,可能比人們以往認為的還要多,而且這些月壤中的水通過(guò)粒度分選和加熱,比較容易開(kāi)采利用。

  研究月壤氦-3提取,為開(kāi)發(fā)月球能源提供基礎科學(xué)數據

  作為潛在的核聚變燃料,氦-3被認為是一種未來(lái)的能源。有科學(xué)家估算,如果有100萬(wàn)噸的氦-3,就能為地球提供1萬(wàn)年的清潔能源支撐。

  中核集團核工業(yè)北京地質(zhì)研究院高級工程師李軍杰介紹,氦-3在地球上儲量極低,而月球上儲量卻極為豐富。通過(guò)對嫦娥五號月壤樣品進(jìn)行階段升溫提取氦-3的方式,科研人員確立了月壤氦-3的最佳萃取溫度參數。這些關(guān)鍵科學(xué)數據為我國今后月球氦-3資源總量估算,以及氦-3資源的勘探開(kāi)發(fā)提供了基礎支撐。

  針對月球氦-3資源開(kāi)采方法的研究,中國科學(xué)院寧波材料所、錢(qián)學(xué)森空間技術(shù)實(shí)驗室等聯(lián)合團隊發(fā)現,月壤中鈦鐵礦顆粒表面都存在一層非晶玻璃。鑒于氦在鈦鐵礦中的高溶解度,研究人員認為氦原子首先由太陽(yáng)風(fēng)注入鈦鐵礦晶格中,之后在晶格的溝道擴散效應下,氦會(huì )逐漸釋放出來(lái)。而表層玻璃具有原子無(wú)序堆積結構,限制了氦原子的釋放,氦原子被捕獲并逐漸儲存起來(lái),形成了氣泡。

  基于這一發(fā)現,科研人員通過(guò)機械破碎方法在常溫下提取以氣泡形式儲存的氦-3,這一方式不需要加熱至高溫,為今后在月球原位開(kāi)采氦-3資源提供新的可能性。

  發(fā)現“嫦娥石”,是人類(lèi)在月球上發(fā)現的第六種新礦物

  從嫦娥五號月壤中,中核集團核工業(yè)北京地質(zhì)研究院科研人員還“挖”到了“嫦娥石”。“嫦娥石”是一種磷酸鹽礦物,呈柱狀晶體,存在于月球玄武巖顆粒中。

  據介紹,中核集團核工業(yè)北京地質(zhì)研究院月球樣品研究團隊,通過(guò)X射線(xiàn)衍射等一系列技術(shù)手段,在14萬(wàn)個(gè)月球樣品顆粒中,分離出一顆粒徑約10微米大小的單晶顆粒,并成功解譯其晶體結構。經(jīng)國際礦物學(xué)會(huì )(IMA)新礦物命名及分類(lèi)委員會(huì )(CNMNC)投票通過(guò),確證為一種新礦物,并被命名為“嫦娥石”。

  “嫦娥石”是人類(lèi)在月球上發(fā)現的第六種新礦物,我國也成為世界上第三個(gè)在月球發(fā)現新礦物的國家。

  專(zhuān)家介紹,嫦娥六號任務(wù)之前,人類(lèi)共對月球進(jìn)行了10次采樣,均位于月球的正面。嫦娥六號探測器著(zhù)陸區位于月球背面的南極—艾特肯盆地區域內,這片區域是月球最古老、最大的隕石撞擊坑。采集這里的樣品并進(jìn)行分析研究,將填補人類(lèi)獲取月球背面樣本的空白,深化人類(lèi)對月球成因和太陽(yáng)系演化歷史的認知。

  受訪(fǎng)科研人員表示,有嫦娥五號月壤研究的積累,他們對嫦娥六號樣品研究充滿(mǎn)期待,也滿(mǎn)懷信心。

責任編輯:李孟展

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