我國科學家不斷破解月球“土特產”奧秘

從“嫦娥之父”、中國科學院院士歐陽自遠對月球開始研究并發出“中國人有能力踏上月球”的最強音，到探月工程成為國家重大科技專項，再到嫦娥系列探測器的發射，中國的探月腳步從未停歇。

2020年12月17號，我國嫦娥五號探測器攜帶1731克月球“土特產”成功返回地球，這是人類40余年后再次采集月壤，也使中國成為繼美國、前蘇聯之后，第三個成功采集月球土壤的國家。這些來之不易的珍貴月壤的研發進展情況，一直備受關注。

嫦娥五號月壤樣品能夠帶來哪些重大發現？在月球建設“房子”是否可行？最近，隨著中核集團中國原子能科學研究院（下稱中核集團原子能院）公布在相關月壤中測定40多種化學元素含量、清華大學研發科研團隊提出利用月壤制成品建造半地下式月球基地等相關研發成果陸續發布，月壤背后的神秘面紗被逐步揭開。

基礎研究揭開月壤奧秘

探月是為了拓展人類知識的邊界，最大化地利用宇宙資源。自2021年7月以來，探月與航天工程中心已經陸續審核并組織發放三批月球科研樣品，目前第四批月球科研樣品正整裝待發。在近9個月的時間里，我國科學家經過不懈努力，在嫦娥五號月壤樣品上陸續取得發現和突破。

隨著技術和方法的不斷改進和升級，我國科學家正在通過多種技術，揭開更多關于月球的奧秘。日前，中國知識產權報記者從中核集團原子能院了解到，該院研發團隊利用核技術對嫦娥五號月球土壤樣品進行分析研究，得到了與化學元素含量相關的最新研究成果。

“我們使用核反應堆，對嫦娥五號月壤樣品進行了研究，然后在這個研究里邊精確測定了40多種化學元素的含量，包括主量元素、微量元素以及痕量元素?！敝泻思瘓F原子能院核物理研究所所長郭冰表示，此次科研團隊通過采用中子活化分析技術，對嫦娥五號所采集的月球樣品進行了研究，發現嫦娥五號月球樣品中所含有的化學元素含量與地球樣品存在很大差異。

深圳博物館天文學策展人李百樂博士告訴中國知識產權報記者，我國對于月壤的研究已經有超過40年的歷史。上世紀六七十年代，美國共采回月球樣品約380千克，于1978年12月，將其中1克贈送給中國。我國收到后，將其中0.5克用來做科學研究，0.5克保存在北京天文館供觀眾參觀。也正是這1克月壤，開啟了中國對于月球探索的步伐。

此前，中核集團原子能院核物理研究所曾使用中子活化分析技術，對美國阿波羅號采集的月球樣品進行研究，測定了樣品中36種元素含量。而此次中核集團原子能院核物理研究所團隊測定嫦娥五號月球樣品不僅化學元素的數量更多，而且元素含量也有差異，分析準確度有較大提高。其研發成果還發表在國際化學領域最具權威和最有影響力的期刊之一《美國化學會志》上。

“中子活化分析技術是一種高靈敏度、高準確度的核分析的方法，我們通過反應堆產生的中子去轟擊待分析的樣品，然后中子和樣品發生核反應，放出它的特征射線，就像人的指紋一樣，具有獨特性?！惫硎?，此次嫦娥五號月壤樣品的研究成果對于加深人類對月球演化的認識，以及我國后續對月球探測與資源開發和利用具有重要意義。

月球的巖漿作用在何時停止，一直是月球演化歷史研究中的重大科學問題之一，此前關于月球樣品的研究成果并未發現月球存在比29億年年輕的巖漿活動。

2021年10月8日，由中國地質調查局中國地質科學院地質研究所北京離子探針中心劉敦一研究員和地質所海外高級訪問學者澳大利亞科廷大學Alexander Nemchin教授領銜的國際研究團隊，以嫦娥五號采集的月壤為研究對象的首篇學術成果《嫦娥五號年輕玄武巖的年代與成分》登上國際頂級學術期刊《Science》。該研究成果證明月球在19.6億年前仍存在巖漿活動，使目前已知的月球地質壽命（29億年）“延長”約10億年。據了解，團隊對嫦娥五號月球玄武巖開展了年代學、巖石學、礦物學研究，為完善月球演化歷史作出了重要貢獻。

應用研究探索月球“蓋房”

自2020年我國嫦娥五號從月球帶回真實月壤起，我國嫦娥探月工程發展計劃已經完成了“繞、落、回”三步走，后續還有“勘、建、用”等計劃。也就是說，在不遠的將來，人類在月球上建設“房子”將成為可能。

近日，在清華大學科學博物館舉行的第21期科學博物館沙龍上，清華大學教授、土木工程系主任馮鵬從月面建造“房子”的角度分享了他的研究成果。開拓地外空間是整個人類的夢想和追求，在未來的30年至50年里，人類將可能在月球上建造城市，甚至去旅游度假，而這與馮鵬和他的團隊現在所做的研究和創新息息相關。

在中國神話中，月亮上有一座著名的建筑——廣寒宮，而在古人的想象中，廣寒宮無比豪華恢弘。但在“嫦娥五號”落地后拍攝的月球表面照片中，我們能看到月球其實非?；臎??！霸旅娼ㄔ旎仉y度很大，首先它需要以無人化和自動化的方式來實現，其次還面臨著大溫差、超真空、低重力、強輻射、少資源等挑戰?！瘪T鵬對本報記者表示，目前，從地球攜帶大量材料用于月面基地等建設耗時耗力，而“就地取材”使用月壤等原位資源及材料必然可以大幅減少來自地球的發射質量和體積。

在科學家的設想中，月面建造的對象包括場地、建筑物和構筑物三大類，場地經平整硬化形成基礎道路，敞開式的構筑物用于設備及器械的存放，封閉式的建筑物則是容納人類活動的主要空間。有鑒于此，馮鵬帶領團隊進行一系列技術攻關研發，并提出半地下式月球基地建造方案，采用充氣氣囊、月壤磚、月壤袋結構實現月球基地建設。

“我們團隊所研究的月面建造方案，主要利用月面上的月壤材料，結合抗拉性能優良的高性能纖維，通過相應的工藝制成月壤磚、月壤袋構件，輔以充氣氣囊，并通過機械臂實現施工?！瘪T鵬表示，此方案的原位資源利用率可達99%以上，原位資源適應性高。

目前，馮鵬研發團隊在月壤磚、月壤混凝土燒結等方面實現了技術創新，并提交“月球基地建造用月壤袋結構”“適用于月面硬化的微波燒結自動化設備”等多件中國專利申請。與此同時，我國科學家在相關領域研究如火如荼，例如我國哈爾濱工業大學苗常青團隊針對月球基地對大尺寸居住密封艙的需求，提出一種具有月壤填充艙壁的充氣展開式密封艙，并提交“一種具有月壤填充艙壁的充氣展開式密封艙”等多件中國專利申請。

探索浩瀚宇宙永無止境，攀登科技高峰任重道遠?！肮糯酥荒芡?，而現在我們期待能在探月的基礎上，實現駐月的夢想。在前所未有的極端環境、極度匱乏資源的情況下建造‘房子’，人類將面臨著巨大的挑戰。星河璀璨，求索無疆，我們才剛剛起航?！瘪T鵬表示。

近日，“天質自清華——來自月球的問候”展在清華大學科學博物館舉辦。清華附中的學生在觀看嫦娥五號月球樣品照片及半地下式月球基地建造模型。展覽期間，清華大學教授、土木工程系主任馮鵬分享如何在月面上“蓋房子”。