■沈滔
今年上半年，嫦娥六號將從海南文昌出發，飛向月球。這次它的主要任務是從月球背面挖土回家，這也將是人類首次開展月球背面取樣。月球作為地球唯一的衛星，在它的身上蘊含著怎樣的寶藏？它的「土特產」又有什麽特殊的地方？
月球表面影像。資料圖
月巖帶來豐富礦產
月球資源的多樣性不如地球。地球形成的時候只有60種礦物，現在礦物種類超過了5000種，地球的演化使礦物不斷地發展和變化。而月球現在有多少種礦物呢？大概就100種，跟45億年前的地球差不多，可能稍微多一點點，這跟月球演化的歷史長度是有關系的。月球演化歷史比較短，所以它的多樣性就差些。但單單這些礦物也帶給人類不少驚喜。
拼版圖上圖為2022年6月拍攝的「超級月亮」，下圖為2023年4月拍攝的月壤顆粒正交偏光顯微照片。新華社發
和地球一樣，月球的礦產資源也不是均一分布的。根據目前的研究，科學家認為月球表面主要存在以下三種主要的巖石類別：
第一類是月海玄武巖。月球上是不存在液態水的，但受限於早期的觀測條件，人們將很多月球表面的暗色區域，冠以「海」的名字。而實際月海是指廣布在月表的大型且平坦的盆地。月球表面有22個月海，其中19個分布在月球正面。
月海玄武巖形成於39.5億～31.5億年前的多次大規模玄武巖漿噴發事件，它們填充了大部份的月海。月海玄武巖的厚度在500米～1300米之間，少數盆地的中央厚度可達到4500米。據估計，月海玄武巖的體積約為月殼體積的1%。根據專家的粗略計算，月球上月海中所充填的玄武巖總體積約為100萬立方公裏。
目前我們已經發現了20多種月海玄武巖類別，它們大部份富含鐵和鈦，最常見的氧化物是鈦鐵礦和尖晶石。依據已有的光譜成像數據分析，這些玄武巖中的鈦鐵礦可開發程度的資源量超過100萬億噸。這些鈦鐵礦不僅是生產金屬鐵、鈦的原料，還是生產水和火箭燃料——液氧的主要原料。
第二類是蘇長巖，也被叫作非月海玄武巖。蘇長巖中含有豐富的鉀、磷和稀土元素，它在月球上分布很廣，是巖漿分異或殘余熔漿結晶形成的富含揮發性組成元素的巖石，被稱為「月球上的花崗巖」。
第三種是富鋁斜巖，主要由斜長石和輝石組成，是40多億年前月球巖漿分離作用的產物。月陸（月球高地）表面主要就是由富鋁斜長巖構成的。
當然，月球上也有很多地球上不存在的礦產。在2022年9月，中國科學家首次在月球上發現的新礦物被命名為「嫦娥石」。這也使中國成為繼美國、蘇聯後，世界上第三個在月球發現新礦物的國家。
隨著人類對月球探索的進一步深入，想必我們也會看到越來越多的月球特色礦產。
月壤助力清潔能源
研究人員在稱量月壤。 新華社發
自然界中的氦有氦-4和氦-3兩種同位素。其中，氦-3在能源、科學研究等領域具有重要套用價值。比如，作為一種可控核聚變的燃料，氦-3核聚變產生的能量是開采所需能量的250倍，是鈾-235核分裂反應（目前主流核電發電原理）的12.5倍。100噸氦-3核聚變產生的能量即可供應全球使用1年，且氦-3核聚變過程無中子二次輻射危險，更加清潔和可控。此外，氦-3是獲得極低溫環境的關鍵制冷劑，是超導、量子計算、拓撲絕緣體等前沿研究領域的必需物質。
可惜的是，地球上的氦-3十分稀缺。自然界中存在的氦-3占地球上所有氦的千萬分之一。即使把地球大氣中的氦-3全部份離出來，也只有4000噸。實際上，目前人們使用的幾乎所有氦-3都是透過人工制造氚並使其衰變來產生的。
而在月球上的情況卻大不相同。整個月面都覆蓋著一層由巖石碎屑、粉末、角礫、撞擊熔融玻璃等構成的成分復雜、結構松散的混合物——月壤。
不同於有大氣、水和植物的地球，月球土壤（即月壤，也叫風化層）的物理特性幾乎完全是由撞擊塑造的：大塊的基巖在小天體的撞擊之下被不斷打碎、混合、翻動，最終在月球表面形成了這層細膩的沙土層。撞擊坑會被侵蝕抹去，但撞擊打碎的月壤不會消失。表面越古老的區域，經歷的撞擊就越多，因此月壤層也就越厚。
同時月球上沒有大氣圈和磁場的保護，含有氦、氖、氬、氪等稀有氣體離子的太陽風可以長驅直入，源源不斷地直接射到月面，使月壤中含有豐富的氦-3。據估計，太陽風已經向月球表面沈積了100萬噸~500萬噸氦-3。
月壤除了能為未來的人類提供清潔能源外，月壤裏面的礦物、巖石、碎屑、玻璃、角礫等，都記錄了很多重要資訊，包括月球形成演化的年代，月球火山活動的記錄，月球的月殼、月幔的物質組成特征，月球的磁場、月球的太空風化作用，還有隕石撞擊的歷史和月球的資源等，為我們的月球研究提供了直接數據。
「土特產」有大作用
從美國的阿波羅11號到蘇聯的月球16號再到中國的嫦娥五號，人類已經成功完成了10次月球采樣。其中美國透過載人登月采集了381.71kg的月球樣品，占其中的絕大部份。1978年，美國贈送給中國1g月球樣品。中國科研工作者將樣品一分為二，一半用於公眾展覽，一半用於科學研究。僅靠著0.5g樣品，中國科學家寫出了14篇論文，開啟了中國的月球研究。而現在中國的探月工程「繞、落、回」三步走圓滿收官。嫦娥五號帶回的1.731kg的「土特產」讓科學家們喜出望外。
在嫦娥五號之前，美國和蘇聯采樣集中在正面的低緯度地區（＜30），只有嫦娥五號采樣點在中緯度地區。這個采樣地點位於月球最大的月海——風暴洋的東北部，這裏以前從未有人踏足，與以往別國任務的采樣點相距甚遠。而同位素定年結果更是表明，該區域月壤樣品的年齡約為20億年，是目前獲得的最年輕的月壤樣品。於是，中國科學家有了不少新發現。
新發現的月球礦物「嫦娥石」，由中核集團核工業北京地質研究院發現，透過對它形成條件的研究，可以倒推月球演化過程，對認識月球起源與演化意義重大。此外，「嫦娥石」所含的高含量稀土是否具有開發價值，也值得進一步研究。
不僅是「嫦娥石」，研究人員還首次成功獲得嫦娥五號月壤樣品中氦-3的含量和提取參數。對嫦娥五號月壤樣品中氦-3含量及最佳提取參數的測定，將為中國後續對月球氦-3資源的遙感預測、總量估算、未來開發和經濟評價提供基礎科學數據。
中國研究團隊在詳細分析嫦娥五號月壤樣品中的元素和礦物結構後發現，月壤中的一些活性化合物具有良好的催化效能。在此基礎上，研究團隊還進一步提出了利用月壤實作地外人工光合成的策略與步驟。這一發現讓科學家認為，如果將月壤提取成分作為月球上的人工光合成催化劑，未來也許只需要月球上的太陽能、水和月壤，便能產生氧氣和碳氫化合物，實作低能耗和高效能量轉換，為建立適應月球極端環境的原位資源利用系統提供潛在方案。
更有趣的是，中國科學院地球化學研究所的唐紅、李雄耀團隊發表的相關研究結果證實，嫦娥五號月壤樣品礦物表層中存在大量的太陽風成因水，為月球有水再添「實錘」。太陽風中含有帶正電的氫離子，當其不斷轟擊月球表面時，其中的氫離子會與月表物質中的氧原子結合，從而在整個月球表面生成羥基或水分子。一部份的太陽風成因水會在太陽的照射下「蒸發」，還有一部份則會遷移並沈降到溫度極低的兩極永久陰影區，經過漫長的地質活動後形成大量水冰。
今年上半年，嫦娥六號將執行月球背面采樣任務，登陸點是南極艾特肯盆地。這裏也是中國月球基地備選地之一。讓我們一起期待本次任務帶回更多月球「土特產」。
（本文作者系海口市天文愛好者協會會長）
