嫦娥六號返回器開艙儀式現(xiàn)場，科研人員對月球樣品進行稱重,。新華社發(fā)
月球,，這顆距離地球最近的天體,，是人類邁向星辰大海必須跨越的地方。
2024年6月25日,，嫦娥六號返回器攜帶來自月球背面的月球樣品,，在內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域安全著陸，標(biāo)志著探月工程嫦娥六號任務(wù)取得圓滿成功,。1935.3克,，這是人類第一份來自月球背面的樣品,！此前，人類在月球上進行了10次樣品采集,，但都是在月球正面,。這也是我國采集到的第二份月球樣品。2020年12月,，嫦娥五號帶回約1731克月球正面樣品,，科研人員對樣品開展了多項研究,。
月球樣品能為我們揭曉什么秘密,？令人期待。
月背采樣有什么不一樣
在嫦娥六號之前,，人類共進行過10次月球采樣：蘇聯(lián)3次,，美國6次，以及我國嫦娥五號1次,，均為月球正面,。
嫦娥六號是嫦娥五號的備份，最初的目標(biāo)也是月球正面采樣,。但隨著嫦娥五號在月球正面成功采樣并返回,，嫦娥六號的目的地也發(fā)生了變化——月球背面。這顯然更具挑戰(zhàn)性,。一方面,，人類對月球背面了解更少，月背采樣面臨更多無法預(yù)知的風(fēng)險,；另一方面,，受到月球自身的遮擋，處于月背的探測器無法與地球直接通信,。因此,，嫦娥六號在月背著陸和采樣，需要鵲橋二號中繼星提供通信“中轉(zhuǎn)站”服務(wù),。
嫦娥六號采樣和封裝過程中,，科研人員會在距離月球38萬公里外的地面實驗室，根據(jù)鵲橋二號中繼星傳回的探測器數(shù)據(jù),，對采樣區(qū)的地理模型進行仿真,，并模擬采樣，為嫦娥六號的采樣決策和各環(huán)節(jié)操作提供支持,。通過這種“人機協(xié)作”方式,，輔助嫦娥六號及時研判控制鉆取風(fēng)險，現(xiàn)場決策后續(xù)動作,。
但是,，萬一中繼星和地面失去聯(lián)系,，怎么辦？
據(jù)嫦娥六號任務(wù)總設(shè)計師胡浩介紹,，科研人員設(shè)計了很多預(yù)案,。其中一個是，提高嫦娥六號探測器的“自主技能”——一旦中繼星出現(xiàn)問題,，嫦娥六號探測器可以自主開展活動,，自己給自己下達(dá)程序化指令，包括鉆取,、提升,、起飛等，自主判斷和執(zhí)行,。
當(dāng)然,，這個預(yù)案最后沒有用上，地月之間的中繼通信一直很暢通,。不過,，采樣過程仍然讓大家“提心吊膽”。
與嫦娥五號一樣,，嫦娥六號也有兩種采樣方式：一是表取采樣,，用機械臂攜帶采樣裝置采集月球表面的土壤；二是鉆取采樣,，用一根鉆桿鉆入月球表層預(yù)定深度,，采集較深層的土壤。
相比表取,，鉆取的難度和不確定性更大,。嫦娥六號著陸后，不能挪動位置,，鉆取過程如果碰到堅硬的巖石,，不可能換地方再鉆。但也不能輕易放棄,，因為鉆取確實十分有必要——從月球表面到深部,，月壤的物質(zhì)組成、粒度等性質(zhì)有很大差異,，不同深度的月壤記錄的月球科學(xué)信息也不同,。
為了確保“鉆得動”，航天科技集團五院研制團隊開展了大量地面試驗與仿真分析,。他們結(jié)合月壤特性,，設(shè)計了一種獨創(chuàng)鉆頭，并通過對比多種設(shè)計方案,，確定取芯機構(gòu)方案以及相應(yīng)構(gòu)型,，使其具備高硬度巖石的鉆進能力,。
不過，科研人員終究無法預(yù)測所有情況,。在鉆進1米多一點后,，嫦娥六號遇到了狀況。“經(jīng)過專家們一致判斷,，覺得可能是有石頭卡在那了,。”胡浩說。這個石頭確實很硬,，是繼續(xù)鉆,，還是停止？一直鉆下去,，也不是不行,。但是,，“再鉆下去可能會把前面鉆的一些成果丟掉,。”胡浩說，嫦娥六號在月球上的工作時間是有限的,，能量也是有限的,，“再鉆可能就影響到后邊的任務(wù)”。這也正是月球背面采樣,，以及航天探索的魅力——在太空中,，總會有不期而遇的“意外”發(fā)生。
權(quán)衡之下,，停止鉆取,，開始采樣。盡管沒有達(dá)到預(yù)想的鉆取深度,，但通過表取和鉆取的配合,，嫦娥六號仍然采集到了1935.3克月球背面樣品。“我們的目標(biāo)是兩公斤月壤,，容器設(shè)計就這么大,，再多也裝不下。”胡浩說,。
嫦娥五號月壤研究已發(fā)表100多篇高質(zhì)量論文
6月28日,，嫦娥六號月球樣品由國家航天局移交至中國科學(xué)院，開展月球樣品的存儲和處理,，啟動科研工作,。
與此同時，科研人員對嫦娥五號月球樣品的研究仍在繼續(xù),。過去3年多以來,，國家航天局已向國內(nèi)131個研究團隊發(fā)放科研樣品,。通過對這些樣品的研究，科研人員在月球形成與演化,、太空風(fēng)化作用及資源利用等多個領(lǐng)域取得重大成果,。其中，有兩項研究成果備受關(guān)注,。一項涉及月球壽命,，一項關(guān)乎月球水資源。
與地球類似,，火山和地震等是月球最直觀的地質(zhì)活動現(xiàn)象,。月球的巖漿作用一旦停止，便意味著月球地質(zhì)意義上的“死亡”,。因此,，月球巖漿作用到底什么時候停止的，一直是月球演化歷史研究中的重大科學(xué)問題之一,。
此前,，美國“阿波羅”月球樣品研究表明，月球上的火山巖年齡都超過30億年,，因此,，科學(xué)家推測月球的生命在那時就停止了。但通過對嫦娥五號月球樣品中玄武巖的研究,，科研人員發(fā)現(xiàn),，這些玄武巖是19.6億年前由火山噴發(fā)形成的，是迄今發(fā)現(xiàn)的最“年輕”的月球玄武巖,。
也就是說,，月球的巖漿活動可能一直持續(xù)到19.6億年前?？蒲腥藛T指出,，對比“阿波羅”樣品研究結(jié)果，目前已知月球地質(zhì)壽命相當(dāng)于“延長”了約10億年,。
嫦娥五號樣品研究不僅改寫了月球的壽命,，也回答了大家非常關(guān)注的另一個問題——月球上是否有水。
科研人員對嫦娥五號月壤中的輝石,、橄欖石和斜長石礦物開展研究,，發(fā)現(xiàn)嫦娥五號礦物表層中存在大量的太陽風(fēng)成因水。據(jù)估算,，太陽風(fēng)質(zhì)子注入為嫦娥五號月壤貢獻(xiàn)的水含量至少為170ppm（即100萬分之170）,，相當(dāng)于每噸月壤中至少含有170克的水。
進一步研究發(fā)現(xiàn),，這些太陽風(fēng)成因水可在月表中,、高緯度地區(qū)得到較好保存,，證實月表礦物是水的重要儲庫，還為月表中緯度地區(qū)水的分布提供了重要參考,，對月球水資源的利用具有重要意義,。未來，我們將在月球建立國際月球科研站,，實現(xiàn)人類在月球的長期駐留和工作,。如果能在月球上開發(fā)和利用水資源，好處是顯而易見的,。
此外,，還有更多研究成果拓寬和深化了我們對月球的認(rèn)識：
——科研人員在月壤中發(fā)現(xiàn)了一種全新的礦物，并將其命名為“嫦娥石”,。這是人類在月球上發(fā)現(xiàn)的第六種新礦物,，我國也成為世界上第三個在月球發(fā)現(xiàn)新礦物的國家。
——通過對月壤進行階段升溫提取氦-3的方式,，科研人員確立了月壤氦-3的最佳萃取溫度參數(shù),。作為潛在的核聚變?nèi)剂希?3被認(rèn)為是一種未來能源,。這些關(guān)鍵科學(xué)數(shù)據(jù)為以后月球氦-3資源總量估算,，以及氦-3資源的勘探開發(fā)提供了基礎(chǔ)支撐。
——科研人員首次在月壤樣品中發(fā)現(xiàn)天然形成的石墨烯,，拓寬了人們對月壤復(fù)雜礦物組成的認(rèn)知，為月球的原位資源利用提供了重要信息及線索,。石墨烯以其獨特的物理特性,，在包括行星和空間科學(xué)在內(nèi)的廣泛領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。
…………
“科研成果非常豐富,。”嫦娥六號任務(wù)副總設(shè)計師,、中國科學(xué)院國家天文臺研究員李春來說，這么短時間內(nèi),，月壤研究已經(jīng)有100多篇高質(zhì)量的論文發(fā)表,，一些成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》《科學(xué)》等重要學(xué)術(shù)刊物上。
目前,，我國已經(jīng)啟動嫦娥五號月球樣品的首次國際申請和評審工作,。不久的將來，我們或許也會收到國外科學(xué)界帶來的驚喜,。
月背樣品將讓我們看到一個更完整的月球
嫦娥五號月球樣品的研究,，揭曉了那么多關(guān)于月球的奧秘，這讓我們對嫦娥六號的月背樣品更加充滿期待,。
“以往采集的樣品,，我們只認(rèn)識到半個月球,。”李春來說，月背樣品有望為研究月球的二分性,、完整了解月球的歷史,，提供機會。
嫦娥六號之所以選擇在月球背面的南極-艾特肯盆地采樣,，為的就是盡可能采到與過去不同的月球樣品,，從而更全面地研究月球。與月球正面相比,，月背有更多撞擊坑,，月海范圍更小。而且,，月背起伏大,、地勢較高，地面更加粗糙,。
“我們在采樣過程中就感覺月球背面和正面的月壤不太一樣,，正面的比較細(xì)膩、松散,，背面的狀態(tài)似乎不太一樣,。”胡浩說。
李春來指出,，南極-艾特肯盆地是月球上已知最大,、最深、最古老的盆地,，礦物化學(xué)成分可能與正面有非常大的差別,。研究這里的地質(zhì)構(gòu)成、物質(zhì)組成,、演化歷史,，有助于了解月球的地質(zhì)演化歷史，揭示月球背面特有的地質(zhì)構(gòu)造和物質(zhì)成分的差異,，更全面地了解月球的地質(zhì)演化歷史,。
既然來自月球最古老的盆地，那嫦娥六號樣品中很可能發(fā)現(xiàn)月球的古老物質(zhì),。中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所專家楊溢指出,，根據(jù)撞擊坑統(tǒng)計定年，南極-艾特肯一帶年齡約42億年,，可能分布有月表最古老的巖石,。嫦娥五號樣品中發(fā)現(xiàn)了目前月球最年輕的玄武巖，那么，嫦娥六號樣品是否能發(fā)現(xiàn)月球最古老的巖石和可定年的礦物,？
除了尋找最古老的巖石,，嫦娥六號樣品還可能發(fā)現(xiàn)月球深部物質(zhì)。
嫦娥六號著陸的阿波羅撞擊坑,，位于南極-艾特肯盆地內(nèi)部,，是一個多次撞擊形成的“盆中之盆”。專家認(rèn)為,，這里可能是月殼最薄的位置之一,，是月球深部物質(zhì)潛在出露區(qū)，更容易獲得月球深部物質(zhì),。
“深部物質(zhì)非常珍貴,，也很難有機會獲得。”李春來說,，嫦娥六號采樣點受到早期撞擊事件的拋射,，很可能采集到月球深部，甚至月幔的樣品,，為研究月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)和物質(zhì)成分提供寶貴數(shù)據(jù),。
而且，來自撞擊坑的月球樣品,，還可以為研究月球早期的撞擊歷史,，甚至地球的早期撞擊過程提供機會，有助于了解太陽系早期的演化歷史,，推動比較行星學(xué)的研究,。
此外，與嫦娥五號一樣,，尋找水資源也是嫦娥六號月背樣品研究的一個重要議題,。楊溢指出，月球正面受到“地球風(fēng)”影響,，相對富氧、富水,。根據(jù)遙感光譜研究,，月球背面雖然不如正面富氧、富水,，但也存在少量富氧,、富水區(qū)域，甚至發(fā)現(xiàn)了赤鐵礦等名義含水礦物（指化學(xué)式中包含水分子,，實際上不以液態(tài)水形式,、而以水合物或羥基等形式存在的礦物）。
“嫦娥六號如果采集到名義含水礦物，或者樣品包含特殊的水賦存狀態(tài),，將是非同尋常的突破,。”楊溢認(rèn)為，這對于月球水資源研究非常有意義,。
當(dāng)然,，對人類首份月背樣品的研究，還有更多可能,。比如,，是否也會發(fā)現(xiàn)新的礦物？月球原位資源利用會有什么新突破,？
為開展月背樣品研究工作,，探月工程地面應(yīng)用系統(tǒng)總體單位中國科學(xué)院國家天文臺將對嫦娥六號月背樣品進行制備和分裝。嫦娥六號任務(wù)新聞發(fā)言人葛平6月28日透露,，預(yù)計半年后,，能夠向國內(nèi)科研機構(gòu)和科研人員開放申請。
另外,，國家航天局此前已制定月球樣品及科學(xué)數(shù)據(jù)的國際合作實施細(xì)則,，并公布了月球樣品研究的申請流程。“歡迎各國科研人士按照有關(guān)流程提出申請,，共享惠益,。”國家航天局國際合作司負(fù)責(zé)人劉云峰說。月球的更多秘密等著科學(xué)家一一揭曉,。（陳海波）
