月球样品研究，期待几何？
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月球，这颗距离地球最近的天体，是人类迈向星辰大海必须跨越的地方。
2024年6月25日，嫦娥六号返回器携带来自月球背面的月球样品，在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆，标志着探月工程嫦娥六号任务取得圆满成功。1935.3克，这是人类第一份来自月球背面的样品！此前，人类在月球上进行了10次样品采集，但都是在月球正面。这也是我国采集到的第二份月球样品。2020年12月，嫦娥五号带回约1731克月球正面样品，科研人员对样品开展了多项研究。
月球样品能为我们揭晓什么秘密？令人期待。
月背采样有什么不一样
在嫦娥六号之前，人类共进行过10次月球采样：苏联3次，美国6次，以及我国嫦娥五号1次，均为月球正面。
嫦娥六号是嫦娥五号的备份，最初的目标也是月球正面采样。但随着嫦娥五号在月球正面成功采样并返回，嫦娥六号的目的地也发生了变化——月球背面。这显然更具挑战性。一方面，人类对月球背面了解更少，月背采样面临更多无法预知的风险；另一方面，受到月球自身的遮挡，处于月背的探测器无法与地球直接通信。因此，嫦娥六号在月背着陆和采样，需要鹊桥二号中继星提供通信“中转站”服务。
嫦娥六号采样和封装过程中，科研人员会在距离月球38万公里外的地面实验室，根据鹊桥二号中继星传回的探测器数据，对采样区的地理模型进行仿真，并模拟采样，为嫦娥六号的采样决策和各环节操作提供支持。通过这种“人机协作”方式，辅助嫦娥六号及时研判控制钻取风险，现场决策后续动作。
但是，万一中继星和地面失去联系，怎么办？
据嫦娥六号任务总设计师胡浩介绍，科研人员设计了很多预案。其中一个是，提高嫦娥六号探测器的“自主技能”——一旦中继星出现问题，嫦娥六号探测器可以自主开展活动，自己给自己下达程序化指令，包括钻取、提升、起飞等，自主判断和执行。
当然，这个预案最后没有用上，地月之间的中继通信一直很畅通。不过，采样过程仍然让大家“提心吊胆”。
与嫦娥五号一样，嫦娥六号也有两种采样方式：一是表取采样，用机械臂携带采样装置采集月球表面的土壤；二是钻取采样，用一根钻杆钻入月球表层预定深度，采集较深层的土壤。
相比表取，钻取的难度和不确定性更大。嫦娥六号着陆后，不能挪动位置，钻取过程如果碰到坚硬的岩石，不可能换地方再钻。但也不能轻易放弃，因为钻取确实十分有必要——从月球表面到深部，月壤的物质组成、粒度等性质有很大差异，不同深度的月壤记录的月球科学信息也不同。
为了确保“钻得动”，航天科技集团五院研制团队开展了大量地面试验与仿真分析。他们结合月壤特性，设计了一种独创钻头，并通过对比多种设计方案，确定取芯机构方案以及相应构型，使其具备高硬度岩石的钻进能力。
不过，科研人员终究无法预测所有情况。在钻进1米多一点后，嫦娥六号遇到了状况。“经过专家们一致判断，觉得可能是有石头卡在那了。”胡浩说。这个石头确实很硬，是继续钻，还是停止？一直钻下去，也不是不行。但是，“再钻下去可能会把前面钻的一些成果丢掉。”胡浩说，嫦娥六号在月球上的工作时间是有限的，能量也是有限的，“再钻可能就影响到后边的任务”。这也正是月球背面采样，以及航天探索的魅力——在太空中，总会有不期而遇的“意外”发生。
权衡之下，停止钻取，开始采样。尽管没有达到预想的钻取深度，但通过表取和钻取的配合，嫦娥六号仍然采集到了1935.3克月球背面样品。“我们的目标是两公斤月壤，容器设计就这么大，再多也装不下。”胡浩说。
嫦娥五号月壤研究已发表100多篇高质量论文
6月28日，嫦娥六号月球样品由国家航天局移交至中国科学院，开展月球样品的存储和处理，启动科研工作。
与此同时，科研人员对嫦娥五号月球样品的研究仍在继续。过去3年多以来，国家航天局已向国内131个研究团队发放科研样品。通过对这些样品的研究，科研人员在月球形成与演化、太空风化作用及资源利用等多个领域取得重大成果。其中，有两项研究成果备受关注。一项涉及月球寿命，一项关乎月球水资源。
与地球类似，火山和地震等是月球最直观的地质活动现象。月球的岩浆作用一旦停止，便意味着月球地质意义上的“死亡”。因此，月球岩浆作用到底什么时候停止的，一直是月球演化历史研究中的重大科学问题之一。
此前，美国“阿波罗”月球样品研究表明，月球上的火山岩年龄都超过30亿年，因此，科学家推测月球的生命在那时就停止了。但通过对嫦娥五号月球样品中玄武岩的研究，科研人员发现，这些玄武岩是19.6亿年前由火山喷发形成的，是迄今发现的最“年轻”的月球玄武岩。
也就是说，月球的岩浆活动可能一直持续到19.6亿年前。科研人员指出，对比“阿波罗”样品研究结果，目前已知月球地质寿命相当于“延长”了约10亿年。
嫦娥五号样品研究不仅改写了月球的寿命，也回答了大家非常关注的另一个问题——月球上是否有水。
科研人员对嫦娥五号月壤中的辉石、橄榄石和斜长石矿物开展研究，发现嫦娥五号矿物表层中存在大量的太阳风成因水。据估算，太阳风质子注入为嫦娥五号月壤贡献的水含量至少为170ppm(即100万分之170)，相当于每吨月壤中至少含有170克的水。
进一步研究发现，这些太阳风成因水可在月表中、高纬度地区得到较好保存，证实月表矿物是水的重要储库，还为月表中纬度地区水的分布提供了重要参考，对月球水资源的利用具有重要意义。未来，我们将在月球建立国际月球科研站，实现人类在月球的长期驻留和工作。如果能在月球上开发和利用水资源，好处是显而易见的。
此外，还有更多研究成果拓宽和深化了我们对月球的认识：
——科研人员在月壤中发现了一种全新的矿物，并将其命名为“嫦娥石”。这是人类在月球上发现的第六种新矿物，我国也成为世界上第三个在月球发现新矿物的国家。
——通过对月壤进行阶段升温提取氦-3的方式，科研人员确立了月壤氦-3的最佳萃取温度参数。作为潜在的核聚变燃料，氦-3被认为是一种未来能源。这些关键科学数据为以后月球氦-3资源总量估算，以及氦-3资源的勘探开发提供了基础支撑。
——科研人员首次在月壤样品中发现天然形成的石墨烯，拓宽了人们对月壤复杂矿物组成的认知，为月球的原位资源利用提供了重要信息及线索。石墨烯以其独特的物理特性，在包括行星和空间科学在内的广泛领域发挥着重要作用。
…………
“科研成果非常丰富。”嫦娥六号任务副总设计师、中国科学院国家天文台研究员李春来说，这么短时间内，月壤研究已经有100多篇高质量的论文发表，一些成果发表在国际学术期刊《自然》《科学》等重要学术刊物上。
目前，我国已经启动嫦娥五号月球样品的首次国际申请和评审工作。不久的将来，我们或许也会收到国外科学界带来的惊喜。
月背样品将让我们看到一个更完整的月球
嫦娥五号月球样品的研究，揭晓了那么多关于月球的奥秘，这让我们对嫦娥六号的月背样品更加充满期待。
“以往采集的样品，我们只认识到半个月球。”李春来说，月背样品有望为研究月球的二分性、完整了解月球的历史，提供机会。
嫦娥六号之所以选择在月球背面的南极-艾特肯盆地采样，为的就是尽可能采到与过去不同的月球样品，从而更全面地研究月球。与月球正面相比，月背有更多撞击坑，月海范围更小。而且，月背起伏大、地势较高，地面更加粗糙。
“我们在采样过程中就感觉月球背面和正面的月壤不太一样，正面的比较细腻、松散，背面的状态似乎不太一样。”胡浩说。
李春来指出，南极-艾特肯盆地是月球上已知最大、最深、最古老的盆地，矿物化学成分可能与正面有非常大的差别。研究这里的地质构成、物质组成、演化历史，有助于了解月球的地质演化历史，揭示月球背面特有的地质构造和物质成分的差异，更全面地了解月球的地质演化历史。
既然来自月球最古老的盆地，那嫦娥六号样品中很可能发现月球的古老物质。中国科学院地球化学研究所专家杨溢指出，根据撞击坑统计定年，南极-艾特肯一带年龄约42亿年，可能分布有月表最古老的岩石。嫦娥五号样品中发现了目前月球最年轻的玄武岩，那么，嫦娥六号样品是否能发现月球最古老的岩石和可定年的矿物？
除了寻找最古老的岩石，嫦娥六号样品还可能发现月球深部物质。
嫦娥六号着陆的阿波罗撞击坑，位于南极-艾特肯盆地内部，是一个多次撞击形成的“盆中之盆”。专家认为，这里可能是月壳最薄的位置之一，是月球深部物质潜在出露区，更容易获得月球深部物质。
“深部物质非常珍贵，也很难有机会获得。”李春来说，嫦娥六号采样点受到早期撞击事件的抛射，很可能采集到月球深部，甚至月幔的样品，为研究月球内部结构和物质成分提供宝贵数据。
而且，来自撞击坑的月球样品，还可以为研究月球早期的撞击历史，甚至地球的早期撞击过程提供机会，有助于了解太阳系早期的演化历史，推动比较行星学的研究。
此外，与嫦娥五号一样，寻找水资源也是嫦娥六号月背样品研究的一个重要议题。杨溢指出，月球正面受到“地球风”影响，相对富氧、富水。根据遥感光谱研究，月球背面虽然不如正面富氧、富水，但也存在少量富氧、富水区域，甚至发现了赤铁矿等名义含水矿物(指化学式中包含水分子，实际上不以液态水形式、而以水合物或羟基等形式存在的矿物)。
“嫦娥六号如果采集到名义含水矿物，或者样品包含特殊的水赋存状态，将是非同寻常的突破。”杨溢认为，这对于月球水资源研究非常有意义。
当然，对人类首份月背样品的研究，还有更多可能。比如，是否也会发现新的矿物？月球原位资源利用会有什么新突破？
为开展月背样品研究工作，探月工程地面应用系统总体单位中国科学院国家天文台将对嫦娥六号月背样品进行制备和分装。嫦娥六号任务新闻发言人葛平6月28日透露，预计半年后，能够向国内科研机构和科研人员开放申请。
另外，国家航天局此前已制定月球样品及科学数据的国际合作实施细则，并公布了月球样品研究的申请流程。“欢迎各国科研人士按照有关流程提出申请，共享惠益。”国家航天局国际合作司负责人刘云峰说。月球的更多秘密等着科学家一一揭晓。
(本报记者 陈海波) 【编辑:刘阳禾】