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與美國月壤存在巨大差異,中國在月球發現新礦物,這是怎麽回事?

2024-09-05科學

中國科學家頭一回在月球上發現的新礦物,取名叫「嫦娥石」,英文名是 Changesite-(Y),是由 change(嫦娥的漢語拼音)加上 s 、ite(英文裏表示礦物的字尾)還有 Y(特殊成分字尾)組成的。

【嫦娥石如何發現的】

「嫦娥石」在嫦娥五號月壤的玄武巖碎屑裏被發現,這是一種新的磷酸鹽礦物,歸屬於隕磷鈉鎂鈣石族。其顆粒大概 2 到 30 微米,形狀是微小的柱狀,和它伴生的礦物有鐵橄欖石、單斜輝石、鈦鐵礦、鈣長石、斜鋯石、方石英、隕硫鐵以及玻璃等等。

月球由於體積小,內部能量很快就散失了,火山不再噴發,化學反應也停止了,所以很早就沒了大氣和水。正因如此,月球上的礦物種類比地球上少太多啦。

就是因為化學反應的過程中斷了,月球表面好多物質一直保持著幾十億年前的樣子。就像咱們能在月巖裏看到不少單質鐵,可在地球上很難見到,畢竟鐵基本都被氧化變成鐵礦啦。還有,在月球巖石裏發現的輝鐵礦在地球上屬於亞穩態,會在漫長的地質狀況下逐漸分解掉。

月球表面大多是輝石、斜長石、橄欖石之類的矽酸鹽礦物還有各類氧化物。這回發現的嫦娥石,是中核集團核工業北京地質研究院的創新團隊,借助 X 射線繞射等一連串高新手段,從十四萬個月球樣品顆粒裏,分出來一顆大概 10 微米方圓大小的單晶顆粒,還成功弄明白了它的晶體結構。經過國際礦物學會(IMA)新礦物分類及命名委員會(CNMNC)投票認可,確定是一種新礦物。

【美國帶回這麽多月球樣本,中國為什麽還可以發現新礦物】

咱都清楚,阿波羅任務裏登月的太空人采集了不少月壤和月球巖石的樣本帶回地球,加起來有 382 千克呢,到處都有。要知道,這些月壤和月巖是月球巖石被隕石撞擊、讓太陽風轟擊還有受到宇宙射線輻射等空間風化作用才形成的,裏面有好多月球巖石碎塊、礦物以及隕石之類的東西。科學家研究這些月壤物質,既能清楚月球的資源狀況,給以後開發月球打下數據基礎,又能更全面地知曉月球的地質演變歷史,還能為了解太陽活動啥的提供必需的資訊。

除了給別的國家送了一些樣本,剩下的多數都被存放在休斯頓的莊遜太空中心。

它們既不能讓人隨便碰,也不能跟地球上的空氣隨意接觸。為啥呢?因為空氣裏的氧氣、水分,還有人身上的東西,都可能讓月壤成分改變,影響分析的準頭。要進樣品間,得先把全套防護服穿好,還得進行「空氣淋浴」,免得帶進灰塵弄臟了。

不得不說,全球科學界有關月球表面的好多數據,都是依據美國弄回來的這些月壤,畢竟美國帶回來的月球樣本規模不算小,照理講,中國發現新東西的可能性不大。

另外,中國帶回來的樣本跟美國的數據差別特別顯著。

下面這張圖是借助 XRD machine learning 對中美月壤做的分析,圖的上邊是嫦娥五號的月壤,下邊是阿波羅(Apollo)的月壤。

從峰圖能瞧出來,這二者差別可大了。實際上,在組分方面,差別也特別顯著。

【這是怎麽回事?】

這是由於和美國、蘇聯獲取的月壤相較而言,中國獲取的月壤更新,大概有 10 到 20 億年的年頭。美國的著陸點都在中低緯度的月海,形成的時間主要在 42 到 32 億年前(也有一些可能是形成於不到 10 億年前的哥白尼紀)。而在這個區間之外的月球歷史事件對應的時間,全都是以這個作基準,參照其他觀測結果(主要是撞擊坑的統計)推測出來的。

因為月巖標本的來源只在有限的區域,所以這些巖石提供的資訊特別少。要想得到更多資訊,唯一的辦法就是再回月球,多采集些來自不同地質環境、在不同時期形成的月球樣品。

嫦娥五號登陸的呂姆克火山高原在月海「風暴洋」邊上,中心座標是 301.9°E,40. 7°N,面積差不多 4000 平方千米,是火山穹丘復合體,周邊圍著 20 多個圓形的熔巖穹丘。這地方海拔大概 1100 米,比廣闊又平滑的月海,也就是「風暴洋」要高。

這一區域存在好多跟火山活動相關的地貌,像火山穹隆、熔巖流、月溪啥的。科學家覺得,它有些地方是大概 10 億年前的巖石組成的。據說月球呂姆克山在 13 億年前爆發過,那兒有「月球上最年輕的月海玄武巖」。這種來自月球的「年輕」巖石從來沒被取樣研究過。為啥這塊區域的巖石這麽年輕,跟其他區域差了差不多 20 億年,這是科學家一直想弄明白的謎。科學家還認為,這個地區的火山沈積物或許是搞懂月球起源和演化的關鍵。

這就是嫦娥五號選擇登陸這兒的原因,也是這兒的月壤跟美國帶回來的樣本差別很大的原因,正好能說明中國月球樣本的稀缺和獨特。

【美國想要中國樣本,卻沒有辦法】

這就是美國老想弄中國月球樣本的原因,可糟心的是,美國人自己弄的那個「沃爾夫法案」,把拿月球樣本這事兒給斷了,因為這法案不讓兩邊在太空探索這塊有啥實在交流,不然就違法。

這就表示美國沒法得到月球研究的最新數據,可中國透過對嫦娥五號的研究,知曉了月壤顆粒的典型模樣特點,給研究月壤怎麽形成提供了科學根據,也給中國月球資源的評價和開發提供了基礎的科學數據。

接下來還會有不少研究成果出現,咱們就等著瞧吧!