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嫦娥五號帶回來的月壤樣本已經正式交接,開始我國首次地外天體樣品儲存、分析和研究工作。

值得關注的是,嫦娥五號帶回來的月壤樣本已經裝滿了容器,但是質量卻不足2千克/難道是我們在一開始設計容器的時候出現了偏差;還是美國月壤資料有問題,因為我們的容器設計肯定是根據已經公開的月壤樣本資料來設計的。

月壤和地球土壤的區別

月壤是月球表面覆蓋著一層結構鬆散的混合物,其主要由岩石的碎屑、粉末以及太空外來物質撞擊月球而形成的熔融玻璃等複雜物質組成的。月球上為 1/6g 的小重力真空環境,無風,水,等外應力與生物等因素,所以其土壤生成條件和地球相差甚大。一般來說月壤的形成主要有三個影響因素: 1 宇宙塵埃與隕石的撞擊;2 宇宙射線(太陽紫外線,X 射線,伽馬射線等)和太陽風粒子的持續轟擊破壞岩石的結構;3 大幅度晝夜溫差導致岩石熱脹冷縮從而破碎。

所以對月壤質量的評估,肯定是和地球土壤不一樣的。月壤顆粒的表面往往存在稜角、鉤角、鋸齒等不極規則結構,由於沒有水,風等外應力的作用,其表面相對凹凸, 大粒徑顆粒往往具有蜂窩狀氣孔結構。月壤顆粒形狀各異,長條狀,類三角形, 類四邊形狀等常見的結構使得無法用常規的幾何方法去描述月壤顆粒。這種幾何特性使月壤或模擬月壤的摩擦角和內聚力都大於普通土壤(摩擦角在 40°-50°之間)。

所以天然狀態下月壤的孔隙比是一個重要的物理性指標,可以用來評價月壤的密實程度。一般e<0.6 的月壤是密實的低壓縮性月壤,e>1.0 的月壤是疏鬆的高壓縮性月壤。一般而言,地球上黏性土的孔隙率為 30%~ 60% ,無黏性土為 25%~ 45%,而月球孔隙率在 50%左右。孔隙比不同,質量也會不同。

目前,採集的月壤樣本比預期更少,可能是以下三種原因,風暴洋物理性質與美蘇獲取樣本有差異;容器設計出現偏差;美國公佈資料存在隱瞞。

風暴洋物理性質與美蘇獲取樣本有差異

美蘇開採的月球樣本大多來自月球正面中低緯度的月海區域,形成年齡集中在32-46億年前。正是透過對這些樣本的分析,從而建立起月球大約46億年的演化歷史,而地球以外的整個內太陽系所有行星的地質演化歷史,美蘇提供的月球樣本也提供了很大的參考價值。

中國獲取的月球樣本則不一樣,中國嫦娥五號登陸的位置是在呂姆克山(Mons Rümker)附近,這是位於風暴洋(Oceanus Procellarum)北部地區的一個1300米高的火山群,是一個相對年輕的區域,至今不到20億年。從已有的資料可知,這一帶分佈著月表最年輕的玄武岩。年齡大概在13億年左右。這也是中國月壤為什麼這麼多國家想要的原因,因為非常特殊,美蘇都沒有。

所以它和美蘇獲取的土壤樣本相比,因為月球活動的差異,以及宇宙塵埃與隕石的撞擊差異,還有就是年齡的差異,在物理性質上可能會有一些不同,中國依據美蘇的月球樣本進行設計容器,從而出現了偏差。

但這也是一件好事,它對於瞭解風暴洋乃至月球晚期的熱演化具有重要意義,對研究岩漿噴發規模和方式,推測月球可能的地質構造活動等有著指示作用。

這也意味著中國獲得的月球樣本將有助科學家繪製出更清晰的月球歷史圖景,而且瞭解這些樣本的年齡甚至整個太陽系的年齡,將是行星科學領域的一大飛躍。

容器設計出現偏差

目前地球僅存在 381.7kg 的真實月壤,其中 99%以上都掌握的美國手中,中國僅有 1g。因此,幾乎所有進行的月壤性質相關試驗的材料均為性質接近月壤模擬材料。

月面取樣成功的關鍵因素之一,是研製出與實際月壤性質相似的模擬月壤,以確保鑽取工程的科學性和安全性。為保障嫦娥五號取樣返回任務的順利實施,中國地質大學肖龍教授團隊基於美國和前蘇聯月球返回樣品性質的調研和嫦娥五號預選著陸區地質特徵、月壤性質等的研究,結合不同的試驗目的,研製了一系列不同型別的模擬月壤,包括月海低鈦模擬月壤、月海高鈦模擬月壤和低重力型模擬月壤等。

低鈦模擬月壤

有可能是在月壤模擬實驗的情況下,月壤的緻密性資料出現了偏差,嫦娥五號表採的月壤密度低,體積相同的前提下,密度越小的物體越輕,所以雖然最後容器裝滿了,但是質量沒有達到2千克。

中國畢竟是第一次採集月壤,出現一點偏差也是很正常的事情,所以無需在意。

美國月壤資料有問題

需要說明一點,美國6次成功登月,這是真實的事情,沒有必要造謠阿波羅登月造假,月球上有一面鐳射反射鏡,是“阿波羅”的航天員放置在月球上的。我們從地球上打一束鐳射到月球上,那個反射鏡就會返回來幾個光子,根據光子返回來的時間,我們就可以計算出來地球跟月球之間的距離,最近是36萬公里,最遠是40萬公里。而且月亮正以每年三釐米的速度逐漸遠離我們地球。如果沒有那個鐳射反射鏡,我們是無法得到返回來的光子的。

那是不是美國公佈的月壤資料存在部分隱瞞,導致我們設計容器的時候出現偏差,有這樣的可能性。因為中國的月壤模擬實驗是基於美國和前蘇聯月球返回樣品性質的調研來進行的

但是也可能是當初阿波羅登月的時候,對月壤樣本沒有進行密封封裝處理,所以樣本遭受了一定的汙染,對資料產生了部分的影響。

總結

為什麼此次嫦娥五號月壤採集不足2千克,具體的原因還要等月壤的分析結果出來,才可以得到答案。

任何航天任務都不可能是完美的,中國帶回的1731克已經證明了中國在航天領域的科技實力,而且,1731克也足夠中國進行研究

嫦娥五號任務創造了五項中國首次,一是在地外天體的取樣與封裝,二是地外天體上的點火起飛、精準入軌,三是月球軌道無人交會對接和樣品轉移,四是攜帶月球樣品以近第二宇宙速度再入返回,五是建立我國月球樣品的儲存、分析和研究系統。

我國下一步探月計劃,將率先發射嫦娥七號探測器,前往月球南極進行探測,再發射嫦娥六號進行我國第2次取樣返回,提前預祝中國航天人再創佳績。

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