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透過一粒月壤看向整片太空
2022年04月13日 08:46:46 來源:化工儀器網(wǎng) 作者:羊舌木 點擊量:5269

他們利用單顆粒樣品操縱、掃描電鏡形貌觀察、聚焦離子束精細(xì)加工、透射電鏡結(jié)構(gòu)解析等一系列分析方法,獲得了單個嫦娥五號月壤顆粒表面的硅酸鹽、氧化物、磷酸鹽和硫化物的太空風(fēng)化作用信息。

  【化工儀器網(wǎng) 時事熱點】“玉兔年年釀丹桂,金蟾日日搗玄霜”,從古至今,人們對于月球上所擁有的一切事物仍然有著一顆極大的好奇心。2020年12月,我國成功利用嫦娥五號月球探測器取回了1731克月球土壤。這些月球土壤,得以讓我們從中窺透一些與月球乃至宇宙相關(guān)的奧秘。
 
  月球上古老的巖石已經(jīng)使得科學(xué)家迷惑不已,然而,和這些巖石周圍的土壤相比,巖石甚至稱得上是年輕的。地球上的土壤通常是經(jīng)過成千上萬年的風(fēng)吹、日曬和雨淋,由巖石風(fēng)化形成的細(xì)粒礦物質(zhì),是一層疏松的物質(zhì),并且其中還摻有有機質(zhì)、水,還含有微生物等。地球上土壤的形成,除了這些物理及化學(xué)作用之外,生物的活動是其最重要的特征。盡管風(fēng)化作用短時間內(nèi)不容易被察覺到,卻一直在改變著地球上的地形地貌。
 
  但存在于沒有任何空氣的太空之中的月亮,既沒有風(fēng),也沒有任何生物能夠活動,又是如何形成月壤的呢?由于沒有大氣,月壤是直接暴露在太陽輻射下的,并且時不時還伴隨著微隕石的轟擊,其組成和物理性質(zhì)逐漸發(fā)生了改變,于是科學(xué)家們便將這個過程稱之為“太空風(fēng)化”。在過去的四十多億年里,小行星沖撞所產(chǎn)生的粉碎、熔融、粘合及混合等這些物理過程,在很大程度上改變了月球表面。于是,在太空風(fēng)化的共同作用下,月球表面形成一層廣泛分布、厚約2~15m的月壤。
 
  與地球土壤中所富含微生物和有機養(yǎng)分不同,月壤中不含有任何有機養(yǎng)分,并且十分干燥,無論是種菜或是種土豆都是不可能的。那么,專注于對月壤進(jìn)行分析研究有什么作用?事實上,通過月壤中巖石的類型成分就能夠去推斷月球的地質(zhì)變遷,月球的表面幾乎是完全被月壤所覆蓋的,如果沒法了解月壤的特點,那么月壤對于探月儀器和宇航員來說都是個不小的威脅。月球探測時不了解月壤,就很可能得不到正確的科學(xué)結(jié)論。并且月壤中存在天然的鐵、金、銀、鉛等礦物顆粒,不僅含有金和鋅的銅礦顆粒,還含有少量錫和銅雜質(zhì)的銻礦顆粒等。其中,一種在地球上幾乎不存在的氦氣同位素氣體——氦-3,這種核聚變反應(yīng)中最理想的原材料也在其中,氦-3在熱核反應(yīng)堆中沒有中子,并且因為不會產(chǎn)生輻射,對環(huán)境也不會造成任何危害。
 
  月壤中所含的元素是通過各種儀器來進(jìn)一步分析確定的,例如X射線熒光光譜儀可以在不破壞月壤樣品的情況下對元素進(jìn)行定性和半定量分析,是月壤元素分析必不可少的設(shè)備;電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀能夠?qū)υ氯乐形⒘吭剡M(jìn)行定量分析,從而確認(rèn)月壤中元素的精確含量;氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀能夠?qū)Σ牧现械挠袡C物進(jìn)行定性和定量分析,從而檢測月壤中部分化合物的含量,助力全面解析月壤成分。
 
  科學(xué)家們對采集到的月壤樣品中的巖石和礦物進(jìn)行了密集、高強度的元素和同位素分析,并在此基礎(chǔ)上開展了系統(tǒng)的年代鑒定。科學(xué)家們利用掃描電子顯微鏡對粒徑只有500微米的玄武巖巖屑進(jìn)行觀察,發(fā)現(xiàn)可定年的磷灰石粒徑普遍在5~10微米之間,并且得到了“月球直至19.6億年前仍存在巖漿活動”這一項重大成果。科學(xué)家們還用詳盡的微區(qū)原位高分辨率二次離子質(zhì)譜定年數(shù)據(jù)和堅實的巖石礦物地球化學(xué)數(shù)據(jù)。此外,確定月球年輕巖漿活動的精確年齡還可以校準(zhǔn)用于確定月球和其他行星表面年齡的隕石坑計數(shù)技術(shù)——遙感隕石坑直徑頻率分布定年法。
 
  他們利用單顆粒樣品操縱、掃描電鏡形貌觀察、聚焦離子束精細(xì)加工、透射電鏡結(jié)構(gòu)解析等一系列分析方法,獲得了單個嫦娥五號月壤顆粒表面的硅酸鹽、氧化物、磷酸鹽和硫化物的太空風(fēng)化作用信息。我國自己帶回來的月壤的分析,為月球中緯度的太空風(fēng)化作用提供了更多的認(rèn)識,帶來更多獨特的角度,也為月球遙感光譜校正模型在月球中緯度的適用性提供了支撐。
 
  想要探月,就必須要研究月壤。如果可以繼續(xù)對月壤加以研究,那么我們不僅僅能夠了解到月球上的風(fēng)化作用,還有機會可以了解太陽初期的演化歷史進(jìn)程、太陽風(fēng)和太陽表層的組成和成分特征等相關(guān)數(shù)據(jù)。探索月球只是我們向太空所邁出的一小步,人類終將會走得更遠(yuǎn)。
 
  (資料參考來源:科技日報、知網(wǎng)、知乎、央視新聞)
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