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由北京君和創新公益基金會、中國科學院大學校友會聯合主辦，主題為「和而不同，思想無界」的CC講壇第61期演講2024年8月24日在中國科學院大學（北京玉泉路校區）禮堂舉行。來自中國科學院地球化學研究所劉建忠研究員出席，並以【月球從未如此清晰 中國釋出全球首套高精度月球地質圖集】為題發表演講。
以下為演講實錄：
我是來自中國科學院地球化學研究所的劉建中，我曾經任過嫦娥工程地面套用系統一期的副總師和二期的副總指揮，作為這一套月球地質系列圖鑒的執行主編，我們完成了這一套【月球地質系列圖鑒】，包括中英文版的全月地質圖，中英文版的月球構造綱要圖，以及中英文版的巖石型別分布圖，這個圖比例尺是1：250萬，目前是國際上精度最高的全月地質圖。
我們這個圖是在今年4月21號向全球釋出，一經釋出，得到了國內外媒體的關註，和專家學者的贊譽。
我自己是一個搞月球研究的科研工作者，結合著我們中秋佳節，所以今天給大家分享的就是有關月亮的故事。
對我們地球上的人類來說，有兩個星球是我們關系最為密切的，一個就是白天東升西落的太陽，另外一個就是夜晚有時我們能看得著，有時我們看不著的月亮。
常言說叫萬物生長靠太陽，太陽給我們光和熱，給我們植物和動物生長的能量，對於地球和對於我們人類來說，它的重要性是不言而喻的。對於夜晚出現的月亮，它到底重不重要？它是如何產生的？它由什麽組成的？它對人類的發生發展有什麽樣的重要作用？這是大家關心的一個問題。其實這個問題在遠古時代就縈繞在人們的心頭。
比如很著名的這樣一個傳說叫盤古開天辟地，在這個故事裏認為盤古的左眼變成了太陽，右眼變成了月亮，這個是神話傳說裏對太陽和月亮成因的一個描述。
太陽是一個自剛自強的這樣一個形象，而月亮是在人們心目中是至陰至柔的，自古以來激起了人們無限的遐想，萌發出各種的傳說、宗教信仰、哲學思想、文學藝術、風俗傳統，它並為古代的立法編制，農耕時令和社會發展都發揮過比較重要的作用。
比如中國在元朝時候頒布的【授時歷】，當時確定每個月的天數是29.530593日，一個回歸年是365.2425日，這個數據與近代的觀測值也就是一個回歸年是365.22日，僅差了26秒。它的精度與1582年頒布的【格裏高利歷】基本是相當，但我們采用的【授時歷】比西方采用的【格裏高利歷】早了300多年，在這裏我們不得不感佩我們中國古人的聰明才智。
在古代對月亮的崇拜在全世界都有，在我們國家道教裏有月亮女神，佛教裏也有月亮女神。那麽古希臘它的神話故事裏認為天界有四位月亮神分別是菲碧（Phoebe）、塞勒涅（Selene）、艾爾忒彌斯（Artemis）和 赫卡忒（Hecate），認為她們分別代表了新月、滿月、彎月和冥月，這是古希臘。那麽古羅馬的神話當中這個月女神稱之為露娜。所以我們大家現在經常會聽到世界各個國家，特別是月球探測的國家，用這些女神的名字做一個國家的月球探測工程的這樣一個慣例。
比如說前蘇聯的叫luna計劃，日本人叫selene計劃，美國人正在執行的，它是稱為艾爾忒彌斯計劃，我們國家用嫦娥作為月球探索工程的冠名的，稱之為嫦娥工程。其實嫦娥也應該說是一個月亮女神，是我們中國的月亮女神。
神奇美麗的傳說激勵著地球的人類對那一片未知的領域進行了執著的探索。可是當這個神秘的面紗被揭開以後，展現在人類面前的並不如神話裏面傳說的那樣生機勃勃。這個面紗首先是被伽利略揭開的， 1609年的12月，他是第一個把望遠鏡對準月球進行觀測，被稱之為是現代天文學的一個開端。伽利略湊近望遠鏡一看月亮，當時也是滿月很皎潔，望遠鏡裏面的景象讓他大吃一驚，裏面完全不是那樣的美好，是像一個大麻子一樣，鋪滿了大大小小的撞擊坑。
真實的月亮到底是什麽樣子的呢？我今天準備用三個詞來給大家進行一個輪廓性的描述。第一個詞就叫黑白分明，每當農歷十五前後，我們仰望天空的時候，就可以看到皎潔的月亮。月亮是黑叫黑白分明的，有一半明的，一半暗的。透過科學家的解讀，暗的東西大家一般稱之為海叫月海。它裏面是由月海玄武巖組成的。我這裏右面有一張圖，它上面兩個曲線，下面是反照率，就是照射著它，反射回來的程度比較低，所以它就暗了。另外一個亮的地方叫高地，它是由斜長巖組成的，它的反照率比較高，就是我們上面的一些曲線。
月海玄武巖和高地斜長巖有這麽兩種巖石，這是我們用肉眼就能看到的。但是透過科學家們研究，月球的組成絕對不止是這兩種巖石。這個圖是我們的全月球的巖石型別分布圖，這裏面總共有17種內動力地質作用形成的巖石。最主要的就是分布最廣的灰藍色的，我們剛才說的亮色的叫亞鐵斜長巖，用化學成分把它約束一下亞鐵斜長巖。而在這裏面我們區分出一種新的斜長巖，就是灰藍色的裏面的綠色的部份稱之為鎂質斜長巖。這個是我們這次填圖填出來的，原來樣品裏有，但是分布特征不是特別明確的這樣一個巖石。之所以能夠把它填制出來，得益於我們國家嫦娥一號工程的幹涉成像光譜儀的一個數據。
第二類就是我們中間海藍色的巖石，海藍色的跟我們前面看到暗色的那一塊是相對應的，這一塊暗色的部份就是我們剛才說的月海玄武巖。在我們這張圖上，它這個藍色也不是均勻的，由深藍一直到淺藍，這也是它的化學成分不是一樣的。深藍色的我們稱之為高鈦玄武巖，淺藍色的稱之為低鈦玄武巖，就說它的鈦含量是不一樣的。
另外我們還可以在這個圖上很明顯的看到，中間有紅色的這樣一個巖石型別的分布，紅色就是大家經常聽到的就是稀土元素。月球上的稀土元素很高，它貯存在這種巖石裏面，在我們這張圖上叫做凱瑞普巖。這就是說我們看到的月亮第一個是黑白分明，它是由物質組成導致的。
第二個詞想形容一下月球就是叫千瘡百孔。我們仔細的再看一看月亮，會發現在月球表面上有大大小小的環形山，因為這些環形山的絕大部份是由小天體撞擊月球形成的，所以也稱之為撞擊坑。大的撞擊和小的撞擊以後形成的產物不一樣，所以科學家們以200千米為界，把大於200千米的撞擊坑稱之為撞擊盆地。
為什麽要以200千米做分界線呢？這是因為裏面有物理和化學的一個規律，就說當撞擊的直徑是小於200千米的時候，大部份的撞擊能量，它也是沖擊波的形式，轉化為濺射物的動能。而到撞擊坑直徑大於200千米的時候，越來越多的能量就轉化為熔融物和蒸發物的內能。
我們看到的這些撞擊坑，即使都是小於200千米的撞擊坑，如果仔細研究的話，它也是形態不一樣的，而且從大到小，具有一定的變化規律可循。一般情況下小於15公裏形成的，我們稱之為碗型坑，就像一個碗，坑壁是特別平滑，而且沒有坑底，就是說它就像一個錐子那樣的。當然有這樣一個規律，不是說完全的，就因為撞擊它是非常隨機的一個事情。隨著直徑的逐漸增大，到20千米以上的時候就會出現平底型坑，顧名思義還有一個平坦的坑底。那麽隨著撞擊坑直徑的大小，就會出現丘底型坑，階地型坑和中央峰坑。撞擊坑形態不是一成不變的，它是分了很多的種類。
撞擊坑為什麽這麽重要呢？它的形態和它的形成年代是有密切關系的，也就是說年代越老，它的風化程度越高。在這一次我們的1：250萬月球地質圖的編制過程當中，將月球地質年代劃分為三宙六紀，這跟阿波羅時代是不一樣的。我們現在劃分的這樣的年代表，是更符合月球現在研究出來的演化規律。
三宙就是冥月宙、古月宙、和新月宙，其中冥月宙，月球當時是一個非常塑性狀態，就是巖漿洋演化的過程。那時候特別熱，即使有小天體撞擊到月球表面，它也形成不了撞擊坑。就像我們當年的蘇梅克—列維彗星撞到木星上以後，它很快就被抹掉了。所以只有從艾肯紀的時候撞擊坑才能保留下來，所以撞擊坑的年代就是有五個年代，有艾肯紀、酒海紀、雨海紀、愛拉托遜紀、哥白尼紀，形成也能記錄下來撞擊坑。
同一種撞擊坑，在不同的年代，它也表現出來了不同的形態，上面是碗型坑，下面是平底型坑。隨著年代的增加，邊緣從尖銳變得越來越模糊，它就是個太空風化的一個過程。丘底型坑也是這樣的一個特點，到階型坑和中央峰坑都有這樣的一種類似的一個變化的規律。因此我們搞月球研究，可以用這樣的變化規律，對月球的地質年代進行一個判定。
為什麽我們要填這個圖有那麽多的年代學呢？因為我們地球上用最多就是同位素年代學，月球上我們知道采樣品非常艱難這麽遠，所以大部份的地體或者巖石單元，它是靠撞擊坑來進行統計或者退化定年的。前面是小於200千米的撞擊坑，對於直徑大於200千米的撞擊盆地，它也是一樣的，也不是一成不變的，那麽也分為單環盆地、峰環盆地、多環盆地和超大型盆地四種型別。
我們這次填圖對盆地進行了重點的一個研究，因為盆地撞擊的能量比較大，它占地面積也比較大，它對月鞘的改造非常的嚴重，所以我們進行了重點的研究。結合地形、成分、重力場的數據，我們辨識出了81個盆地。而且透過它相互的疊織關系，盆地的退化程度，還有坑密度，確定了這樣一個盆地的形成順序，確定了艾肯紀有49個，酒海紀25個，雨海紀7個。可見隨著時間的一個推移，撞擊盆地的數量是逐漸呈減少的。說明隨著太陽系的演化，逐漸從無序演化到有序了，大型撞擊事件是逐漸減少的。
透過前面的描述，我們知道月球上是十分荒涼的，但看似荒涼的星球，它是蘊含著應該說無盡的寶藏。
第一個寶藏就是穩定而豐富的太陽能，這是為什麽？因為我們地球上有一個濃密的大氣層，月球上沒有大氣層，太陽可以直接放射線到月球的表面，這樣的話它的能量密度能達到1.353千瓦每平方米，而且它的自轉速度比較低，所以能獲得穩定的這樣一個太陽能。
人們一直也夢想著利用月球上的太陽能，為人類社會的永續發展來服務。比如日本就提出來一個「月環計劃」，希望在月球的赤道上建設一個寬400公裏的太陽能電磁環，電磁環如果建成的話，每年能產生13萬億度的電能，能夠提供全世界一半的電力供應。
第二個寶藏就是核融合燃料氦-3。氦-3是一種太陽風成因的核素，同樣是由於地球大氣的遮蔽在地球上很少，而月球上卻是很多。我們利用嫦娥一號微波放射線記錄的數據進行過估算，月球上的氦-3能達到100萬噸以上。如果100噸可夠人類用一年，那麽我們可以用到1萬年，而且它的含量與鐵和鈦元素是成正比。
第三個資源就是水資源。對於水的重要性，我覺得大家可能都知道，毋庸置疑。它是人類建立月球基地，由這個基地走向更遙遠深空的主要的能源和資源。對於水的存在，應該現在爭論逐漸的平息下來了，但是對於水的來源現在還是有更多的爭論，目前一直認為有三種成因的水，一是來自月球深部的巖漿水，第二是太陽風和月表交互作用的形成水。第三個就是彗星撞擊月球之後，帶來的外來水。我們國家嫦娥7號，有一個非常重要的任務，就是要確定水的來源，我們拭目以待嫦娥7號帶給我們的一個驚喜。
第四個寶藏就是其他的礦產資源，比如說稀土，稀土是一個國家，關系國家安全的戰略性的礦產資源，地球上的總共的儲量只有1.3億噸，但月球上它的稀土含量高達200~450億噸，非常可觀。
上個世紀可能是以認識月球或者認識深空為主要的目標，隨著時間的推移，現在大家逐漸把認識月球和利用月球作為一個共同的重要目標。所以開發太空資源，為人類的永續發展服務，是我們開展深空探測的一個最主要的科學目標。
月球上有這麽多的寶藏，為人類開發太空資源應該說奠定了基礎。在了解了真實的月球之後，我們再來看看月球是如何形成的，如何誕生的。按照宇宙大霹靂的學說，天體的演化是從塵埃開始，逐漸吸積形成行星，這也是我們地球形成的一個過程。但是作為地球唯一的天然衛星，月球的形成可能是經歷了不同的過程。按照目前的研究結果，月亮的成因有四種假說，一個是捕獲說也叫養子說，分裂說是親子說，還有一個同源說是姐妹說，還有一個大碰撞學說。大碰撞學說，由於現在能符合更多的觀測事實，比如說現在最重要的就是月球和地球有非常一致的一個同位素組成，所以現在大家認可程度最高的是第四種，也就是大碰撞學說。
最後我想說一說，月亮對於我們地球生命或者地球演化的影響，在太陽系的八大行星當中，水星和金星是沒有衛星的，地球有一個衛星，火星有兩個衛星，後面有更多的衛星。作為地球唯一的天然衛星，月球在地球宜居性的演化當中扮演了重要的一個角色，比如說地球的潮期，它是太陽和月亮共同作用下形成的一種自然現象。很多研究者認為，原來海洋的生命能夠走向陸地，是由於潮汐作用來影響的結果。
另外根據科學家的一個研究，我們地球的自轉速度是變慢的，每100年自轉周期要增加1.8毫秒。根據古生物的研究，比如說6，500萬年，也就是白堊紀，那時候的一年是376天，比我們的現在多了11天，就是原來自轉速度很快，這與潮汐作用可能有非常大的關系。自轉周期的變化，我們知道跟植物生長，動物發育，有非常重要的關系和影響。
中秋佳節就要到了，我們中國人對中秋佳節有非常深厚的一個感情，除了春節，可能就是中秋佳節是最重要的一個節日，每逢中秋佳節我們都有吃月餅、賞月光的這樣一個傳統風俗。我作為一個月球科研工作者，也作為月球地質圖的編研實踐者，希望從今年之後，我們在吃月餅、賞月亮的同時，能夠翻閱月球地質圖，能夠轉動地質月球儀。了解更多的有關月球形成和演化的故事。
謝謝大家
