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与美国月壤存在巨大差异,中国在月球发现新矿物,这是怎么回事?

2024-09-05科学

中国科学家头一回在月球上发现的新矿物,取名叫「嫦娥石」,英文名是 Changesite-(Y),是由 change(嫦娥的汉语拼音)加上 s 、ite(英文里表示矿物的后缀)还有 Y(特殊成分后缀)组成的。

【嫦娥石如何发现的】

「嫦娥石」在嫦娥五号月壤的玄武岩碎屑里被发现,这是一种新的磷酸盐矿物,归属于陨磷钠镁钙石族。其颗粒大概 2 到 30 微米,形状是微小的柱状,和它伴生的矿物有铁橄榄石、单斜辉石、钛铁矿、钙长石、斜锆石、方石英、陨硫铁以及玻璃等等。

月球由于体积小,内部能量很快就散失了,火山不再喷发,化学反应也停止了,所以很早就没了大气和水。正因如此,月球上的矿物种类比地球上少太多啦。

就是因为化学反应的过程中断了,月球表面好多物质一直保持着几十亿年前的样子。就像咱们能在月岩里看到不少单质铁,可在地球上很难见到,毕竟铁基本都被氧化变成铁矿啦。还有,在月球岩石里发现的辉铁矿在地球上属于亚稳态,会在漫长的地质状况下逐渐分解掉。

月球表面大多是辉石、斜长石、橄榄石之类的硅酸盐矿物还有各类氧化物。这回发现的嫦娥石,是中核集团核工业北京地质研究院的创新团队,借助 X 射线衍射等一连串高新手段,从十四万个月球样品颗粒里,分出来一颗大概 10 微米方圆大小的单晶颗粒,还成功弄明白了它的晶体结构。经过国际矿物学会(IMA)新矿物分类及命名委员会(CNMNC)投票认可,确定是一种新矿物。

【美国带回这么多月球样本,中国为什么还可以发现新矿物】

咱都清楚,阿波罗任务里登月的宇航员采集了不少月壤和月球岩石的样本带回地球,加起来有 382 千克呢,到处都有。要知道,这些月壤和月岩是月球岩石被陨石撞击、让太阳风轰击还有受到宇宙射线辐射等空间风化作用才形成的,里面有好多月球岩石碎块、矿物以及陨石之类的东西。科学家研究这些月壤物质,既能清楚月球的资源状况,给以后开发月球打下数据基础,又能更全面地知晓月球的地质演变历史,还能为了解太阳活动啥的提供必需的信息。

除了给别的国家送了一些样本,剩下的多数都被存放在休斯顿的约翰逊太空中心。

它们既不能让人随便碰,也不能跟地球上的空气随意接触。为啥呢?因为空气里的氧气、水分,还有人身上的东西,都可能让月壤成分改变,影响分析的准头。要进样品间,得先把全套防护服穿好,还得进行「空气淋浴」,免得带进灰尘弄脏了。

不得不说,全球科学界有关月球表面的好多数据,都是依据美国弄回来的这些月壤,毕竟美国带回来的月球样本规模不算小,照理讲,中国发现新东西的可能性不大。

另外,中国带回来的样本跟美国的数据差别特别显著。

下面这张图是借助 XRD machine learning 对中美月壤做的分析,图的上边是嫦娥五号的月壤,下边是阿波罗(Apollo)的月壤。

从峰图能瞧出来,这二者差别可大了。实际上,在组分方面,差别也特别显著。

【这是怎么回事?】

这是由于和美国、苏联获取的月壤相较而言,中国获取的月壤更新,大概有 10 到 20 亿年的年头。美国的着陆点都在中低纬度的月海,形成的时间主要在 42 到 32 亿年前(也有一些可能是形成于不到 10 亿年前的哥白尼纪)。而在这个区间之外的月球历史事件对应的时间,全都是以这个作基准,参照其他观测结果(主要是撞击坑的统计)推测出来的。

因为月岩标本的来源只在有限的区域,所以这些岩石提供的信息特别少。要想得到更多信息,唯一的办法就是再回月球,多采集些来自不同地质环境、在不同时期形成的月球样品。

嫦娥五号登陆的吕姆克火山高原在月海「风暴洋」边上,中心坐标是 301.9°E,40. 7°N,面积差不多 4000 平方千米,是火山穹丘复合体,周边围着 20 多个圆形的熔岩穹丘。这地方海拔大概 1100 米,比广阔又平滑的月海,也就是「风暴洋」要高。

这一区域存在好多跟火山活动相关的地貌,像火山穹隆、熔岩流、月溪啥的。科学家觉得,它有些地方是大概 10 亿年前的岩石组成的。据说月球吕姆克山在 13 亿年前爆发过,那儿有「月球上最年轻的月海玄武岩」。这种来自月球的「年轻」岩石从来没被取样研究过。为啥这块区域的岩石这么年轻,跟其他区域差了差不多 20 亿年,这是科学家一直想弄明白的谜。科学家还认为,这个地区的火山沉积物或许是搞懂月球起源和演化的关键。

这就是嫦娥五号选择登陆这儿的原因,也是这儿的月壤跟美国带回来的样本差别很大的原因,正好能说明中国月球样本的稀缺和独特。

【美国想要中国样本,却没有办法】

这就是美国老想弄中国月球样本的原因,可糟心的是,美国人自己弄的那个「沃尔夫法案」,把拿月球样本这事儿给断了,因为这法案不让两边在太空探索这块有啥实在交流,不然就违法。

这就表示美国没法得到月球研究的最新数据,可中国通过对嫦娥五号的研究,知晓了月壤颗粒的典型模样特点,给研究月壤怎么形成提供了科学根据,也给我国月球资源的评价和开发提供了基础的科学数据。

接下来还会有不少研究成果出现,咱们就等着瞧吧!