根據《科學》(Science)雜志刊載的一項新研究[1],來自中國地質科學院、美國聖路易斯華盛頓大學、澳大利亞科廷大學等科研機構和大學的研究人員,聯合分析了嫦娥五号帶回的月球樣本,結果發現它們的年齡不到20億年,這是目前已知最為年輕的月球物質,比美國阿波羅載人登月帶回的月岩年輕了10億多年。
2020年,我國發射了嫦娥五号前往月球,開展中國航天史上首次月球采樣返回任務。嫦娥五号在月球正面上實現了自動采樣和封裝,最終成功把1.731千克的月壤和月岩帶回地球上,此時距離上一次月球采樣已經過去了将近半個世紀。
從1969年至1972年,阿波羅載人飛船先後6次登陸月球,宇航員總共收集了381千克的月球樣本,并将其帶回地球(我國曾獲贈其中1克)。分析顯示,這些月岩都十分古老,收集自月海的玄武岩可以追溯到31.6億年前。收集自高地的月岩更是能追溯到44.4億年前,這要比地球上已知最古老的岩石還要早1.6億年,已經接近月球和地球的起源時間。
過去,月球表面發生過多次火山噴發,産生了大片玄武岩,由此形成了低窪平原地區——月海,就是我們在地球上用肉眼可以看到的月球黑色部分。大多數月球火山活動發生在30億到40億年前,但由于月球内部存在一種加熱機制,使得火山活動可能一直延續到20億年前。
嫦娥五号去了月球上相對較為年輕的區域——風暴洋,這是當時火山噴發形成的凝固熔岩區域。在那裡,嫦娥五号采集到的樣品有助于填補月球演化曆史的關鍵時間空白。分析表明,嫦娥五号收集到的玄武岩要比此前的樣本年輕很多,年齡估計隻有19.6億年。
由此可以推測,大約20億年前,月球上仍有火山活動,噴發出溫度超過1000 ℃的玄武岩岩漿。過去科學家認為,月球地殼深處的放射性元素可能會提高某些地區的溫度,從而讓月球保持地質活動。
但根據嫦娥五号的樣本分析結果,科學家并沒有大量檢測到相關的放射性元素,這意味着當時肯定有别的東西在使月球升溫。有一種觀點認為,這可能是潮汐加熱的結果。地球和太陽的引力作用在月球上,不斷對月球進行拉伸和擠壓,由此産生熱量,驅動月球内部的地質活動。
有關月球的未解之謎還有很多,比如神秘的月球背面。與朝向地球的月球正面相比,月球背面的地形迥然不同,那裡很少有月海,取而代之的是大量的隕石坑。正因為如此,我國的嫦娥四号選擇在那裡登陸。
預計在2024年,我國将會發射嫦娥六号,前往月球南極或者月球背面的艾特肯盆地,在那裡采集樣本,然後帶回地球。屆時,有關月球乃至太陽系的形成之謎将會被進一步揭開。
除了研究月球本身的未解之謎外,科學家還會重點研究一種罕見物質——氦-3。在嫦娥五号的第一批月球樣本分發中,核工業北京地質研究院獲得了其中50毫克,目的是把其中的氦-3提取出來。
當前,研究人員采用氘和氚作為可控核聚變的燃料。雖然這種可控核聚變反應要比核裂變反應能夠更高效地産生能量,并且也更加清潔,但仍然會産生中子輻射問題,由此也會損失不少的能量。
如果把核聚變燃料換成氦-3,不但可以做到完全清潔,而且還能進一步提高核聚變反應産生的能量。據估計,100噸氦-3産生的能量夠全人類用一年。雖然氦-3的前景非常好,但地球上的含量非常稀少,這使得它們十分昂貴,每噸價值可達190億元。
先前的分析表明,月球上有大量的氦-3。因為月球沒有磁場和大氣層,來自太陽風的氦-3可以直接到達月球表面,并且不斷在那裡聚集。月球淺層土壤中的氦-3儲量多達110萬噸,這是吸引人類探測月球的一大原因。
除了月球之外,水星、木星等行星上還有更多的氦-3。如果我們能夠率先掌握從月壤中提取氦-3的技術,我們将在未來的太空競争中取得先機,我們定不會錯過這次的“大航天時代”。
參考文獻
[1] Xiaochao Che, Alexander Nemchin, Dunyi Liu, et al. Age and composition of young basalts on the Moon, measured from samples returned by Chang’e-5, Science, 2021, DOI: 10.1126/science.abl7957.
有話要說...