根據中國國家航天局,在嫦娥五號帶回的月球樣品中,我國科學家取得重磅成功,新發現了一種此前未知的礦物,而且還第一次確認了月壤中一種極為罕見能源物質的含量和提取條件。
五十年前,美國宇航局(NASA)的阿波羅飛船先后6次成功登陸月球,12名踏上月表的宇航員,帶回了總計381公斤的月球土壤和巖石。1978年,美國贈送了一塊月巖給我國。
不過,這塊月巖很小,只有1克重。但對于當時我國科學家來說,還是非常珍貴的,這是研究月球成分的好機會。當年,這塊月巖被切成兩半,其中0.5克用于科學研究。中核集團原子能科學研究院對該月巖的成分進行了分析,測量了36種元素的含量。
終于在2020年,我國發射了嫦娥五號探測器,成功登陸月球正面,并且帶回了1.731公斤的月球樣品。此次月球采樣任務備受全世界的關注,因為人類已經有幾十年來沒去月球采過樣了,而且嫦娥五號的采樣區與之前阿波羅任務相差很大。
分析表明,阿波羅月球樣品的年齡都非常古老,基本上都超過30億年,最古老的達到了44.4億年,而月球的形成時間估計為距今45.1億年前。雖然人類知道了月球遙遠的過去,但對于月球最近二三十億年的演化了解是一片空白。
嫦娥五號去了月球上較為年輕的區域,所以通過研究嫦娥五號的月球樣品,可以補上月球演化史的空白。嫦娥五號月球樣品已經進行了幾次分發,我國多家科研機構正在開展一系列研究分析。
先前的研究表明,嫦娥五號月球樣品的元素成分和含量明顯不同于阿波羅樣品,我國科學家測定出了其中超過40種元素的含量。隨著研究的深入,科學家越來越發現月壤是一個資源寶庫。
嫦娥石
在最新的研究中,我國科學家在月球玄武巖中,新發現了一種月球礦物,它的外觀看起來像是柱狀晶體。分析表明,這是一種磷酸鹽礦物。由于是我國科學家的首次發現,所以我們對于這種新礦物具有命名權,它被稱為“嫦娥石”,契合“嫦娥奔月”、“嫦娥探月任務”,彰顯我國的文化特色。
在月球玄武巖中,還有大量的鈦鐵礦。我國科學家預計,每噸月球樣品中,可以提取出多達30公斤的鈦。我國科學家的研究表明,鈦鐵礦還能用于制造火箭燃料,以及未來月球上人類生存所需的氧氣。
盡管月球沒有大氣層,白天地表溫度可以超過120℃,但月球上仍然還有水。一些水以水合物的形成存在于月壤中;還有一些水以冰的形式存在于月球永久陰影區中,有些隕石坑一直照不到太陽,那里的溫度可以低至-220℃。
如果把月球上的這些水提取出來,利用鈦催化劑和太陽能,就能直接把水分解成氫氣、氧氣。另外,二氧化碳和氫氣在催化劑的作用下,還能合成出甲烷、甲醇。氫氣、氧氣、甲烷都能用于火箭燃料。
月球上的克里普巖富含稀土元素,儲量估計至少為200億噸,遠超地球上的總儲量。月球上還有多種獨有的礦物,此次新發現的“嫦娥石”就是一個例子。隨著研究的深入,相信還能發現更多未知的月球礦物。
氦-3
月球上還大量存在一種人類夢寐以求的“完美能源”——氦-3。這種物質能用于可控核聚變,氦-3可以替代氚,與氘發生核聚變反應,產生質子和氦-4,不會有核輻射,而且產生能量的效率非常高。
科學家估計,只要10噸氦-3產生的能量,就能滿足我國一年的能源需求,而100噸氦-3足夠全世界用一年。每噸氦-3價值高達30億美元,即207億元人民幣。
氦-3在地球上極其稀有,但在月球上廣泛分布,月壤中氦-3的儲量至少為103萬噸,所以足夠全人類使用上萬年。之所以月球上存在豐富的氦-3,這與氦-3的來源有關。
在太陽的內部,不斷有四個氫原子核結合成一個氦原子核,由此釋放巨大的能量,這是太陽能夠“熊熊燃燒”46億年的原因。在太陽的核聚變過程中,還會產生一些氦-3,它們最終會作為高能粒子,隨著太陽風擴散到太空中。
由于月球沒有大氣層,氦-3就能直接到達月表。長此以往,月球上就存儲了大量的氦-3。除了月球外,水星上儲存著更多的氦-3,因為水星也幾乎沒有大氣層,而且它比月球更大,離太陽更近。
因此,嫦娥五號月球樣品的一大研究目的就是尋找其中蘊藏的氦-3。我國科學家先前的研究已經證實,月壤中確實存在大量氦-3。而這一次,我國科學家又第一次測量了嫦娥五號月球樣品中氦-3的含量。更為關鍵的是,我們還第一次得到了氦-3的提取參數條件。
NASA局長比爾·尼爾森(Bill Nelson)也非常關注嫦娥五號月球樣品,他表示中國應向世界分享。NASA現在也很著急,新一代登月火箭不斷出狀況,首飛時間一次又一次推遲。NASA局長表示,不能讓中國先登月。
但他們又怎能阻礙我們不斷前進的步伐呢?
我國的嫦娥六號、七號、八號還在排隊上月球,我們甚至還要去月球南極采樣。預計在2030年左右,我國就有能力進行載人登月。未來,我國還將在月球上建造國際月球科研站,上面將長期有人駐留。