來自月球背面的“土特產(chǎn)”為何珍貴？

嫦娥六號凱旋，帶回月球背面的“土特產(chǎn)”!

1935.3克!這是人類首次月背采樣返回。

別看這只是近4斤的“土”，它的價值可比黃金還貴重?？茖W(xué)家們對這些從月球來的寶貝寄予厚望，因為它們藏著月球的前世今生，甚至是太陽系的秘密，每一粒都可能是打開新知大門的鑰匙。

對于這份月壤，我們有太多的好奇與期待。

安徽合肥，觀眾在科普展覽上觀察月壤。新華社發(fā)

奔月“挖土”，探索秘境中的秘境

自20世紀(jì)50年代起，人類對月球開展了100多次探測，并10次從月球正面采樣返回——美國通過阿波羅計劃6次載人登月，共帶回了381.7千克月球樣品;蘇聯(lián)通過月球探測器，分3次采集了326克月球樣品;2020年，嫦娥五號實施中國首個無人月球采樣返回任務(wù)，帶回了1731克月球樣品。

那么，既然嫦娥五號任務(wù)已圓滿完成，作為備份的嫦娥六號為何還要奔月“挖土”?

因為，對于月球研究來說，這些樣品的多樣性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

“月球表面積接近3800萬平方公里，只比亞洲面積小一點(diǎn)，目前的采樣研究很有限?！眹H宇航聯(lián)合會空間運(yùn)輸委員會副主席楊宇光說，月球背面和正面地形地貌差異非常大，形成過程中有自身的特殊性，對其地質(zhì)、火山活動等方面的研究需要更多的樣品來支撐。

已有研究也表明，月球具有二分性，正面和背面的成分、結(jié)構(gòu)等都存在顯著區(qū)別。月球正面月殼厚度大約30千米至50千米，玄武巖分布面積大于30%;而月球背面厚度大約60千米至80千米，玄武巖分布面積僅約3%。由于直接暴露在太空中，月球背面如同一塊盾牌，阻擋了大量小天體對地球的直接撞擊，因此與較為平坦開闊的月球正面不同，月球背面布滿溝壑、峽谷和懸崖。“一個很明顯的特點(diǎn)就是，月球表面90%以上的低洼平坦區(qū)域都在月球正面，這些區(qū)域被稱為月海，嫦娥五號就降落在月球正面最大的月?！L(fēng)暴洋中。而月球背面除了莫斯科海以外，幾乎沒有大型的月海?！睏钣罟庹f。

由于月球被“潮汐鎖定”，自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期相等，地球強(qiáng)大的引力讓月球總是以同一面朝向地球，人類在地球上也只能看見月球的正面。對于人類而言，月球背面可謂“秘境中的秘境”?！翱梢哉f，在月球采樣方面，嫦娥五號是從時間上補(bǔ)齊了這一環(huán)，因為其在月球正面取到了迄今最年輕、地質(zhì)年齡約為20億年的月壤，嫦娥六號則是從空間上補(bǔ)齊了這一環(huán)?！睏钣罟獗硎?。

和月球正面的“土”相比，月球背面的“土”又有什么不一樣?

“從月球背面，尤其是從我們選擇的南極-艾特肯盆地采集樣品，在礦物化學(xué)成分上可能與正面樣品有非常大的差別?！辨隙鹆柸蝿?wù)副總設(shè)計師、中國科學(xué)院國家天文臺研究員李春來認(rèn)為，研究這些樣品有助于揭示月球背面特有的地質(zhì)構(gòu)造和物質(zhì)成分的差異，更全面地了解月球的地質(zhì)演化歷史，“以往采集的樣品，只認(rèn)識到半個月球”。

李春來分析，嫦娥六號采樣點(diǎn)位于巨大的撞擊盆地里，它受到早期撞擊事件的拋射，很可能會挖掘到深部物質(zhì)?！澳蠘O-艾特肯盆地是一個巨大的撞擊坑，可以為早期的撞擊歷史，甚至地球的早期撞擊過程研究提供機(jī)會，有助于了解太陽系早期的演化歷史和判斷歷史，推動比較行星學(xué)的研究”。

“我們在采樣過程中就感覺月球背面和正面的月壤不太一樣，正面的月壤比較細(xì)膩、松散，背面的狀態(tài)似乎不太一樣，所以我們有更高的期待，希望科學(xué)家們有新的發(fā)現(xiàn)?！辨隙鹆柸蝿?wù)總設(shè)計師胡浩說。

6月26日，嫦娥六號返回器開艙儀式結(jié)束后，科研人員把月球樣品容器放進(jìn)保護(hù)箱。新華社發(fā)

1935.3克，每一克都是科技的突破

53天，11個階段，1935.3克!

從5月3日，長征五號遙八運(yùn)載火箭成功將嫦娥六號探測器送入預(yù)定軌道開始，歷經(jīng)地月轉(zhuǎn)移、近月制動、四器兩兩分離、平穩(wěn)落月、鉆表取樣、月面起飛、交會對接、樣品轉(zhuǎn)移、環(huán)月等待、月地轉(zhuǎn)移、再入回收等階段，嫦娥六號最終滿載成果返回地球。

回顧這段探月之旅，月背“土特產(chǎn)”，來得不容易。

難在哪兒?月背地形地貌復(fù)雜、落月機(jī)會只有一次、“挖土”如同“開盲盒”……月背采樣返回，沒有先例可循，面臨很多新情況、新問題。

“這次任務(wù)比嫦娥四號降落月背、嫦娥五號月表采樣都更具挑戰(zhàn)性?！睏钣罟庹J(rèn)為，嫦娥六號面臨的一大困難在于，“在月背降落、采樣和起飛均需要通過中繼衛(wèi)星進(jìn)行測控，整個過程無法通過地面站直接監(jiān)控?！?/p>

“嫦娥六號原來是嫦娥五號的備份，執(zhí)行月背任務(wù)是對備份提出的新挑戰(zhàn)。”在胡浩看來，挑戰(zhàn)來自質(zhì)量和可靠性、技術(shù)狀態(tài)變化以及計劃安排等多個方面。

怎么辦?在嫦娥六號執(zhí)行任務(wù)之前，科研人員對上天產(chǎn)品和地面產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性進(jìn)行深入分析，使整個系統(tǒng)更健全、更健康、更可靠;為在月球背面著陸采樣，做出了很多與之相適應(yīng)的改變;在一年多的時間內(nèi)，從頭開始研制鵲橋二號中繼星，開展大量試驗和驗證工作……

“事實證明，我們成功應(yīng)對各項挑戰(zhàn)，圓滿完成了任務(wù)?！焙普f。

6月4日，在北京航天飛行控制中心，工作人員在監(jiān)測嫦娥六號上升器自月球背面起飛狀況。新華社發(fā)

困難不斷被克服，關(guān)鍵核心技術(shù)更有新突破。

“亮點(diǎn)非常多!”楊宇光介紹，嫦娥六號任務(wù)實現(xiàn)了三大關(guān)鍵技術(shù)突破。

——突破月球逆行軌道設(shè)計與控制技術(shù)。嫦娥六號與嫦娥五號的基本狀態(tài)一致，不同在于，嫦娥六號是在月球背面著陸，著陸位置由北半球變?yōu)槟习肭?。若沿用嫦娥五號的環(huán)月順行軌道方案，就意味著很多設(shè)備的朝向是反的。嫦娥六號采用的逆行環(huán)月軌道方案，雖給軌道設(shè)計帶來一定難度，但避免了硬件設(shè)備的大幅調(diào)整，做到了整個系統(tǒng)的最優(yōu)。這是一個設(shè)計很精巧，能有效降低成本的措施。

——突破月背智能采樣技術(shù)。嫦娥六號月背采樣只能靠鵲橋二號中繼星支持，一旦出現(xiàn)問題，任務(wù)就難以進(jìn)行，“尤其是表取，由于機(jī)械臂路徑不是唯一的，在無人干預(yù)的情況下，要自主完成任務(wù)，難度很大?！毖兄迫藛T為嫦娥六號采樣封裝分系統(tǒng)進(jìn)行了多項升級，設(shè)計了適應(yīng)月球背面采樣的控制算法和采樣策略，進(jìn)一步提高了采樣的智能化、自動化程度，增強(qiáng)了采樣效率和能力。

——突破月背起飛上升技術(shù)。嫦娥六號從月背起飛，要在鵲橋二號中繼星的輔助下進(jìn)行智能自主控制。嫦娥六號采樣返回采用了月球軌道交會對接的方式，這就要求上升器進(jìn)入和軌返組合體相同的軌道面，然后通過調(diào)整實現(xiàn)近距離交會對接。上升器在繞月軌道上的飛行速度約為1700米每秒，如此高速意味著極小的軌道面偏差就會導(dǎo)致交會對接失敗。

“嫦娥六號任務(wù)是中國航天史上迄今為止技術(shù)水平最高的月球探測任務(wù)，也是我國第四次成功在月面實施軟著陸。這對未來更大規(guī)模、更深入的月球探測、深空探測活動，都會起到夯實基礎(chǔ)的作用。”楊宇光說。

近觀月壤一克，遙測星河萬年

6月28日，探月工程嫦娥六號任務(wù)月球樣品交接儀式在北京舉行，國家航天局向中國科學(xué)院移交了嫦娥六號樣品容器，交接了樣品證書。這標(biāo)志著嫦娥六號任務(wù)由工程實施階段正式轉(zhuǎn)入科學(xué)研究新階段。

月球樣品，顆粒皆珍貴，要如何管理?

6月2日，在北京航天飛行控制中心屏幕上拍攝的嫦娥六號著陸器和上升器組合體著陸月背的模擬動畫畫面。新華社發(fā)

其實，這有章可循。2021年，國家航天局發(fā)布《月球樣品管理辦法》，規(guī)范月球樣品的保存、管理和使用，以發(fā)揮其科研價值與社會效益。原則上，月球樣品分為永久存儲、備份永久存儲、研究和公益四種基礎(chǔ)用途。

月球樣品實驗室，便是“第一站”。無論是嫦娥五號月球樣品，還是嫦娥六號月球樣品，都要在這里解封、存儲和分發(fā)。

月球樣品實驗室由外及里，共分為三個房間。第一間用來解封樣品，第二間存儲了嫦娥五號月球樣品，而第三間便是為嫦娥六號月球樣品所準(zhǔn)備的。

在實驗室，工作人員以“是否接觸過大氣”為標(biāo)準(zhǔn)，對已有的嫦娥五號月球樣品進(jìn)行分類存儲。嫦娥六號探測任務(wù)地面應(yīng)用系統(tǒng)副總設(shè)計師周琴介紹，接觸過大氣的月球樣品分為兩部分，一部分是當(dāng)時挑出來的一些巖塊樣品，另外一部分是對外發(fā)布的一些返還樣品。而沒有接觸過大氣的原始月球樣品，會被存放在一個充氮密封手套箱里。

此外，周琴還介紹了樹脂包埋的保存方法—將小的巖屑顆?；蛟氯雷龀蓸渲馄男问剑蒲腥藛T就可以直接用這些光片去做同位素、化學(xué)成分的分析。采用這種方法能保持樣品顆粒的原始形態(tài)，方便研究，同時在封存狀態(tài)下，樣品不易破碎，利于長期保存使用。

存得好，更要用得好。

此前，國家航天局已向國內(nèi)131個研究團(tuán)隊發(fā)放了7批次共85.48克嫦娥五號月球樣品。國家航天局副局長卞志剛透露，從嫦娥五號月球樣品中，中國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了月球的第6種新礦物“嫦娥石”;研究還證明，月球在19.6億年前仍存在巖漿活動，使目前已知月球地質(zhì)壽命“延長”了10億年。月球樣品進(jìn)入“嫦娥時代”，極大豐富了人類對月球乃至宇宙的認(rèn)知。

隨著對嫦娥五號月球樣品研究的深入，更多月球奧秘正被揭開。

全國空間探測技術(shù)首席科學(xué)傳播專家龐之浩表示，根據(jù)任務(wù)計劃，嫦娥六號的主要科學(xué)任務(wù)集中在尋找新礦物和巖石、尋找月球深部物質(zhì)、尋找古老物質(zhì)、揭開蘇長巖成因之謎等方面。想要揭秘，還需等待科研人員完成對樣品的分析和研究，但不妨展望一二—嫦娥六號月球樣品中或許含有以下成分：巖石碎片，這些碎片來自月球表面的巖石;礦物顆粒，包括長石、輝石、鈦鐵礦等，是月表的主要組成部分;玻璃物質(zhì)，由撞擊熔融形成;微量元素，如銅、金等，對研究月球形成和演化很有幫助;氦-3，一種潛在的核聚變?nèi)剂稀?/p>

月球古老神秘，人類求索不停。從一抔月壤開始，對未來，我們充滿期待。(記者 姚昆)