本次中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心申請(qǐng)的粉末樣來(lái)自CE5C0400號(hào)粉末樣
月球與深空探測(cè)科學(xué)數(shù)據(jù)與樣品發(fā)布系統(tǒng)供圖
走近月壤研究②
月壤是月球表面月巖經(jīng)過長(zhǎng)期的隕石和微隕石撞擊、太陽(yáng)風(fēng)、宇宙射線輻射等太空風(fēng)化作用形成的。月壤除了反映月表本身的物質(zhì)組成以外，還是記錄太陽(yáng)風(fēng)等與月表相互作用的歷史以及外來(lái)物質(zhì)增生信息的重要載體。
楊亞洲 中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心特別研究助理
7月12日，國(guó)家航天局探月與航天工程中心舉行了嫦娥五號(hào)任務(wù)第一批月球“土特產(chǎn)”發(fā)放儀式，來(lái)自13所科研機(jī)構(gòu)的31份申請(qǐng)通過審核。
21份樣品總計(jì)17.4764克，其中包含6份光片樣共157.6毫克，13份巖屑樣共868.8毫克，2份粉末樣共16.45克。這標(biāo)志著月球樣品的科學(xué)研究工作正式啟動(dòng)。
經(jīng)過第一屆月球樣品專家委員會(huì)全體委員的評(píng)審和投票，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心成功申請(qǐng)到500毫克月壤樣品。圍繞這些樣品，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心將開展哪些研究？如何科學(xué)處理這些珍貴的月壤樣品？未來(lái)可能取得哪些科研成果？帶著這些問題，科技日?qǐng)?bào)記者8月8日采訪了中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心的相關(guān)專家。
500毫克樣品可滿足分析測(cè)試需求
據(jù)了解，此次中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心獲得的500毫克月壤樣品均為粉末樣。
為什么要全部申請(qǐng)粉末樣？中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心研究員劉洋解釋道，因?yàn)榇舜伟l(fā)布可供申請(qǐng)的月壤樣品大部分是表面鏟取樣品，主要有巖屑樣和粉末樣兩類。其中粉末樣比較多，申請(qǐng)到的概率相對(duì)更大。因此，結(jié)合自身的研究特長(zhǎng)和以往研究基礎(chǔ)，本次申請(qǐng)的全部為月壤粉末樣。
500毫克，聽起來(lái)非常少。那么，這點(diǎn)兒月球“土特產(chǎn)”用來(lái)開展科學(xué)研究夠嗎？
“在進(jìn)行分析研究時(shí)，樣品自然是越多越好。但是因?yàn)榇舜卧氯罉悠繁容^珍貴，為了確保樣品申請(qǐng)能夠獲得批準(zhǔn)，研究人員在進(jìn)行申請(qǐng)時(shí)大多會(huì)采取比較保守的策略評(píng)估所需的樣品量。”劉洋說(shuō)，根據(jù)他們的設(shè)想，500毫克樣品足以滿足分析測(cè)試的需求。
月球樣品專家委員會(huì)主任、中國(guó)科學(xué)院院士朱日祥曾表示，對(duì)嫦娥五號(hào)帶回樣品的科學(xué)研究，主要有3方面成果值得期待：一是人才培養(yǎng)，過去中國(guó)科學(xué)家基本拿不到阿波羅月球樣品進(jìn)行研究，現(xiàn)在依托嫦娥五號(hào)“背回來(lái)”的月壤樣品，我們也可以培養(yǎng)自己的研究隊(duì)伍了；二是此次嫦娥五號(hào)采樣區(qū)是經(jīng)過大量研究與論證的，所以對(duì)從該區(qū)域采回的月壤樣品進(jìn)行研究，有可能對(duì)月球演化的動(dòng)力學(xué)過程有突破性認(rèn)識(shí)；三是對(duì)我國(guó)后續(xù)月球與深空探測(cè)具有重要的指導(dǎo)作用。
但是，科學(xué)研究總是充滿未知。“將這些樣品全部分析完，也找不到我們想看的現(xiàn)象，或者無(wú)法回答我們想解決的科學(xué)問題，也是有可能的。”劉洋坦言，不管怎么樣，利用這些樣品開展科學(xué)研究，必將擴(kuò)展我們對(duì)于月球的認(rèn)識(shí)。
不同樣品能反映出月球的不同信息
中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心特別研究助理?xiàng)顏喼藿榻B，本次發(fā)放的月球樣品中的光片樣是將粉末或巖屑樣進(jìn)行了一定的預(yù)處理，通常是用環(huán)氧樹脂等將樣品包埋后進(jìn)行拋光制成的薄片，因此光片樣可以直接用來(lái)進(jìn)行后續(xù)的測(cè)試分析。但是在光片樣的制備過程中，由于需要將月壤顆粒磨出一個(gè)平面來(lái)進(jìn)行微區(qū)分析，因此磨拋過程中不可避免地會(huì)造成光片樣上顆粒樣品極微量的磨損。
巖屑樣是早期形成的月球巖石受到撞擊等影響后破碎形成的碎屑，其通常會(huì)保留原始月球巖石的礦物組成等信息。楊亞洲介紹，通過對(duì)巖屑樣進(jìn)行巖相學(xué)、礦物學(xué)、地球化學(xué)等分析，有望反推其巖石成因。在巖屑樣中，相對(duì)比較容易找到適宜的礦物來(lái)進(jìn)行同位素年代學(xué)分析。
而粉末樣主要就是指月壤。根據(jù)阿波羅返樣的分析結(jié)果，月壤顆粒的平均粒徑在幾十微米量級(jí)。“月壤是月球表面月巖經(jīng)過長(zhǎng)期的隕石和微隕石撞擊、太陽(yáng)風(fēng)、宇宙射線輻射等太空風(fēng)化作用形成的。月壤除了反映月表本身的物質(zhì)組成以外，還是記錄太陽(yáng)風(fēng)等與月表相互作用的歷史以及外來(lái)物質(zhì)增生信息的重要載體。”楊亞洲說(shuō)。
用顯微分析技術(shù)對(duì)月壤展開詳細(xì)研究
據(jù)了解，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心團(tuán)隊(duì)將對(duì)獲取的500毫克樣品開展太空風(fēng)化作用、太陽(yáng)風(fēng)注入和撞擊殘留物3項(xiàng)研究工作，以期推進(jìn)我們對(duì)月球乃至太陽(yáng)系演化歷史的認(rèn)識(shí)。
研究人員會(huì)采用哪些研究手段來(lái)進(jìn)行分析，從而“讀出”自己想要的信息呢？
楊亞洲解釋道，研究團(tuán)隊(duì)將采用一些顯微分析技術(shù)對(duì)月壤顆粒進(jìn)行詳細(xì)的顯微結(jié)構(gòu)分析與地球化學(xué)分析，同時(shí)結(jié)合光譜分析，來(lái)探究月壤顆粒與太陽(yáng)風(fēng)、微隕石等的相互作用過程，以及尋找可能的撞擊殘留物。
楊亞洲介紹，太空風(fēng)化作用會(huì)強(qiáng)烈地改造月壤的表層微觀結(jié)構(gòu)，形成大量的膠結(jié)物和納米鐵等，并會(huì)在宏觀上對(duì)反射光譜產(chǎn)生影響，是通過光譜數(shù)據(jù)準(zhǔn)確解譯月表礦物成分等信息的主要障礙。研究人員通分析月壤顆粒的微觀晶體結(jié)構(gòu)與元素分布特征，識(shí)別月壤顆粒中太空風(fēng)化產(chǎn)物類型，例如納米鐵、非晶質(zhì)包層等，從而探究月表太空風(fēng)化作用的主導(dǎo)作用機(jī)制。
同時(shí)，月球水的可能來(lái)源包括太陽(yáng)風(fēng)注入形成的水、富含水的小天體撞擊加入的水和月球內(nèi)部去氣作用產(chǎn)生的水。劉洋說(shuō)，太陽(yáng)風(fēng)注入會(huì)導(dǎo)致月表水含量和氫同位素的變化，但目前對(duì)月表太陽(yáng)風(fēng)成因水的具體形成和賦存機(jī)制認(rèn)識(shí)仍不足。而對(duì)月壤樣品開展太陽(yáng)風(fēng)注入的研究工作，就有可能揭示這一機(jī)制。
而隕石撞擊殘留物通常具有與原始月球巖石不同的地球化學(xué)特征，尤其是強(qiáng)親鐵元素組成存在明顯區(qū)別。“因此，我們將首先對(duì)月壤顆粒進(jìn)行初步篩選，然后進(jìn)行微區(qū)強(qiáng)親鐵元素分析，來(lái)推測(cè)可能的撞擊體來(lái)源。”劉洋說(shuō)。
劉洋表示，月球表層相對(duì)于其他類地行星能保存更完整的撞擊事件證據(jù)，識(shí)別撞擊體的母體可為太陽(yáng)系動(dòng)力學(xué)模型提供地球化學(xué)和年代學(xué)約束，但由于以往月表采樣點(diǎn)的局限性，缺乏較年輕的地質(zhì)記錄，限制了對(duì)太陽(yáng)系小天體遷移歷史的理解。
嫦娥五號(hào)著陸區(qū)位于月球正面一處名為風(fēng)暴洋的暗色熔巖平原北部。風(fēng)暴洋是月球最大的月海，因其處于月表化學(xué)異常的KREEP地體內(nèi)而受到科學(xué)界的關(guān)注。采樣點(diǎn)附近的呂姆克山是一座相對(duì)年輕的火山，地處月球上一塊規(guī)模較大的晚期玄武巖區(qū)域內(nèi)。因此，利用此次嫦娥五號(hào)獲取的月球返回樣品，在月球火山活動(dòng)和演化歷史等方面取得原創(chuàng)性的科學(xué)成果，將為我們進(jìn)一步了解月球地質(zhì)演化提供重要參考。
