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嫦娥五号这么辛苦跑到月球采样,月球土壤的科研价值有哪些?

2020-12-4 47 12/4

嫦娥五号的任务是要从月球带一抔土回来,我们为什么要跑到月球上面采集土壤样品回来研究呢?月壤究竟有什么科研价值?对我们有什么意义呢?月壤虽是土,价值抵万金——分析物质构成"月壤即月球的土壤,虽然在月球上唾手可得,但是对地球人来说却蕴藏着巨大的科学价值。"中科院专家表示,月壤是从月球固体岩石圈到太阳系空间的过渡带,包含着相关区域的大量信息。对月壤的研究出了研究月球本身,还阔以对太阳系的空间物质和能量的重要信息。这样就可以了解太阳初期的演化历史进程、月岩和月壤在暴露在宇宙空间的的辐射、挥发分的脱气历史。还有太阳风和太阳表层的组成和成分特征、对小天体和微陨石撞击月球的历史记录。有利于进一步了解月球的状态、温度、物质含量等重要信息,深化对月壤、月壳和月球形成演化的认识。据据全国空间探测技术首席科学传播专家介绍,根据月球样品研究发现,发现月球含有氦-3。氦-3并不是电影的不存在的东西,是真的存在一个元素。氦-3还是世界公认的高效、清洁、安全的核聚变发电燃料。据计算,100吨氦-3可以为全世界提供一整年的消耗,只不过地球存储的氦-3很少,目前已知只有500公斤左右。但是月球浅层存储量却达到百万吨的存储,可以解决人类的能源短缺的问题。嫦娥五号任务目标是抓取2公斤以上月壤,而探测器设定的月壤抓取上限是4公斤为此嫦娥五号着上组合体配备了人类迄今为止最为全面的地外天体样本抓取机构,钻取采样系统由"岩心钻探机"和"机械取样器"组成。岩心钻探机可以钻取月面下2米深度的月岩样本,机械取样器则由四自由度机械臂与末端采样器组成,基于机械臂功能可以实现大范围多样化采样。岩心钻探机末端采样器两端分别是铲挖式采样器与浅钻式采样器,能执行铲、挖、浅钻、拾取等多种形式的样本采集。月球上的土壤是怎么形成的?1、月壤是小天体陨石长久持续撞击形成的月球表面的撞击坑都是大大小小的陨石撞击所留下的撞击坑,不仅仅是月球,地球、火星等等太阳系内的星球都受到过无数的陨石撞击。(左)遍布撞击坑的月球高地;(右)直径约900米的小行星"龙宫"上最大的撞击坑Urashima,直径约290米
| NASA、JAXA月球土壤(即月壤,也叫风化层)与地球土壤的物理特性都一样的,月壤表面的细腻沙土都是由小天体的撞击和不断打碎、混合、翻滚之后,最终所形成的的。而且太阳风和宇宙射线也能够改变月壤的部分特性,不过更多主要是影响化学成分比较多,比如月壤颗粒中形成了形成羟基和水(详见:《自然·天文》:这一次,我们在月球的光照区发现了水分子)(左)月球浅表的垂直分布,最上面那层细腻的表层就是月壤(风化层)| 参考文献 [1] ;(右)长期的撞击累积形成了月壤 | 参考文献
[2]行星科学家们分析月球的撞击坑数目和空间分布,可以反推出小天体运行的特征和变化,比如去年的《科学》杂志:地球在近几亿年里遭受了更频繁的小行星撞击。地球现在的地质活动是比较活跃的星球,撞击坑比较容易被地震、火山喷发、冰川雪灾、流水泥石流等等自然地质活动抹去,即便是月球这种没有地质活动的星球,也很容易被新的撞击坑所覆盖。(左)被各种地质活动剧烈侵蚀的地球弗里德堡撞击结构(Vredefort dome),形成于20亿年前,直径据估计超过300公里 |
NASA/#STS51I-33-56AA;(右)先形成的撞击坑被后形成的撞击坑侵蚀和覆盖机制 | 参考文献
[3]所以,月球目前的撞击坑,都是大小不同的陨石互相在月球表面所留下的痕迹,同时也不能够长长久久幸存至今,也会被后来的陨石所覆盖。幸运的是,即便撞击坑会被侵蚀抹去,但撞击打碎的月壤不会消失。表面越古老的区域,经历的撞击就越多,因此月壤层也就越厚。月壤里不仅记录了月球的历史,还记录了太阳系的历史通过阿波罗任务带回的月壤月岩分析,行星科学家们早就发现,月球在39亿年前就已经遭受各种陨石天体撞击,这就是月球历史上著名的"后期重度轰击"(Late
Heavy Bombardment,简称LHB)事件但是,怎么解释这个撞击事件,科学界却有着旷日持久的争议:1) 一方认为,月球在约39亿年前经历了一波突然且短而剧烈的小天体轰炸。2)
另一方认为,月球自约45亿年前诞生以来受到的撞击一直在稳步减少,直到如今。39亿年前确实有过猛烈撞击,但这不过是太阳系从猛烈碰撞逐渐转向宁静的余晖罢了,而阿波罗样品中发现的39亿年前的撞击"尖峰",或许只是因为采样偏差或者其他原因,但总之,那个短暂的撞击"尖峰"实际上并不存在。月球在39亿年前真的存在过撞击"尖峰"吗?| 来源:参考文献
[6]这两种相对的观点以及该如何推算太阳早期的行星迁移有着不可分割的关系,目前科学家们的研究认为,如果早期太阳系真得发生过行星引起的大动荡,那么发生的时间就和LHB之间可以建立起两种可能的关系:1、如果行星迁移发生在太阳形成的后期(约39亿年前),那么就是在相对稳定的太阳系突然产生的大动荡,就刚好可以对应39亿年前的月球遭受猛烈陨石撞击的时期。2、巨行星的迁移发生在太阳系形成的早期(约45亿年前),在不稳定的太阳系内发生行星迁移,产生的影响就不会那么的突然和违和,刚好可以对应45亿年前开始遭受撞击一直在逐步减少的观点。从另一方面,根据目前的动力学,模拟发生动荡时期的小天体的大小频率和分布又会有着巨大的影响。慢慢随着小行星遭受到更多的撞击、破碎变小,这些影响最终会传递给更小的撞击体,从而影响到月壤增厚的速率。.如果说巨行星动荡发生于太阳系形成的早期(约45亿年前),比从45亿年前开始逐渐减少至36亿年前的撞击分析,同时小行星的数目趋于稳定,这个过渡期和月壤增速发生变化的时期(约35亿年前)高度吻合。大动荡发生的时间对形成月球撞击坑的肇事小天体大小频率的影响。关于月幔的高度亲铁元素(HSE)详见:《自然》杂志:月壳幔缺"铁"之谜,有了新解释!
| 修改自参考文献 [7]前面支持太阳系早期开始动荡所说的证据,也意味着晚期动荡说所认为的,太阳系内曾经遭受一段撞击"尖峰"期,其实可能并不存在。

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