在頂級科學期刊《自然》(Nature)上,中國科學家連續發表了三篇新論文[1][2][3],對嫦娥五號從月球上獲得的樣品進行了分析。研究結果顯示,人類最近的一次月球取樣帶回了最年輕的月球土壤和巖石,僅在20億年前,揭示了月球不為人所知的過去。
美國、蘇聯和我國以前都采集了月球樣品。月球登陸美國阿波羅時,宇航員曾六次攜帶380千克的月球巖石(之后還將1克送給我國)。1970年代,蘇聯發射了一顆無人探測器,并先后三次攜帶了月球樣品,共計301克。
經過近50年的發展,我國發射了嫦娥五號,無人探測器在月球正面著陸,采集了1731克月球樣本,成功地返回了地球。在此之前,第一批嫦娥五號樣品已發放到了各個科研單位。最后,對嫦娥五號進行的月球樣品研究取得了成果。
研究結果顯示,美蘇帶回的月球樣本都非常古老,年代超過三十億年,最老的有44億年。此前有研究顯示,月球的內部很快就冷卻了,并且至少在28億年前停止了火山活動,表面變成了一片寂靜。
但是,嫦娥五號月球樣本分析表明,二十億年前月球實際上仍有火山活動,這一結果令天文學家大吃一驚。那時的月球火山將巖漿噴向地表,然后凝固成玄武巖,最后由嫦娥五號返回地球。
另外,月球最后一次火山活動驅動的放射性元素鉀,鈾和釷也并不是先前認為的。從理論上講,這些放射性元素衰變后產生的熱量,幫助熔化了月球地幔中的巖石,形成了大量的巖漿,最終導致了火山爆發。不過,科學家們還沒有從嫦娥五號帶回來的玄武巖中探測到這些放射性元素。
對于一些新的研究,科學家們也分析了月球樣本中的水分。先前有研究認為,月幔含水率較高,這是因為水會降低巖石的熔點,從而使得月球的火山活動能夠持續更久。但是最新的研究表明,樣品的含水量非常的高達百萬分之一到五。
相對于更小的月球來說,其內部冷卻速度非常快,因此火山活動將很快停止。為什么月球上的火山活動沒有足夠多的放射性元素或水,這又是如何延續至二十億年?
對于這一點,天文學家并不清楚確切的原因。現在已經有一些假設,如地球的潮汐加熱、月球表面厚土作保溫作用等,也有一些假設,如小行星、彗星等。對于月球演化歷史的謎團,尚待進一步樣本分析。
月球上的土壤和巖石,不僅包含著月球演化的歷史,還包含著人類所需的各種自然資源。根據統計,月球上已知的礦物有100多種,其中5種為月球所特有,而地球上沒有。
月亮上的一些金屬資源十分豐富,比如鈦,據估計儲量超過100萬億噸,而地球鈦礦儲量估計有20億噸。鈦耐蝕性能極佳,其強度-密度比為金屬之最,因此,它被廣泛地用于船舶、航天等領域。不難想像,在未來的太空時代,人類將在月球上大量開采鈦礦。
另外,月球上還有大量地球上極其稀少的資源-氦-3。受控核聚變對人類文明進步起著至關重要的作用。目前科學家們正對氘和氚的核聚變進行實驗,但是這樣的反應會引起中子輻射問題,并造成部分能量損失。與之相比,氦-3能達到完美的核聚變,沒有放射性污染,而且價格低廉。
氦-3大部分來源于太陽風,但是由于地球大氣和磁場的存在,太陽風很難直接到達地球表面,因此氦-3在地球上是很少見的。由于月亮沒有大氣被磁場阻擋,太陽風直接撞擊月表,因此月球上聚集了大量的氦-3。
據保守估計,月球表面有110萬多噸氦-3。同時,僅使用100噸氦-3來發電,就可以為全世界所有人提供1年的電力消耗。盡管月球上的氦-3是有限的,看來人類只能使用一萬年以上,但這對人類文明的進一步發展至關重要。即使月球上的氦-3已經用完,仍有更多的氦-3留在木星,水星等天體上。
氦-3有著很好的用途和價值,每噸可達30億美元,相當于191億元人民幣。現在,獲得50毫克嫦娥五號樣品的核工業北京地質研究院正在對月壤中的氦-3進行研究,以探討從中提取氦-3的技術。
下一步,我們國家也會進一步探測月球,發射多種無人探測器到月球,并從月球各地區收集樣本,帶回地球。載人登月計劃也在進行中,我們預計會在不久的將來(可能10年內)看到中國航天員將親自登上月球表面。