[太空探索]研究月壤，為登月和駐留作準(zhǔn)備（下）

鄭永春，博士，中國科學(xué)院國家天文臺研究員，中國科普作家協(xié)會副理事長，青年科學(xué)家社會責(zé)任聯(lián)盟理事長，“科普中國”形象大使。

中國探月工程“繞、落、回”三步走已經(jīng)圓滿收官， “探、登、駐”三大階段已在路上。探月階段完成之后，必然要進(jìn)行登月和月面駐留的工作，對月壤的研究就是為了將來更好地開發(fā)月球。

研究月壤為何重要？

我們看月球的土壤結(jié)構(gòu)：表面有1層1-2厘米厚的月塵，然后是3-10米厚的月壤;月壤有的地方厚一點(diǎn)，有的地方薄一點(diǎn)，月壤里面其實(shí)還含有或埋有一些石塊，這些石塊有些大，有些小;月壤層之下才是真正的基巖，這就是整個月壤的結(jié)構(gòu)，跟地球上的土壤結(jié)構(gòu)非常相似。

月壤和月塵的研究為什么重要？我們知道，太陽會“刮”出太陽風(fēng)，在太空里穿行，因?yàn)樵虑驔]有磁場，所以太陽風(fēng)直接注入了月球的土壤和塵埃里。每一顆月壤顆粒、塵埃顆粒，都長時間飽受太陽風(fēng)的侵襲。太陽耀斑產(chǎn)生的各種各樣的高能粒子，也會注入月塵和月壤的顆粒里面。還有來自遙遠(yuǎn)的銀河宇宙線，是非常高能的一些粒子，能夠注入更深的深度，在月壤顆粒里留下深深的痕跡。

此外，月球還要遭受各種各樣的隕石、微隕石的撞擊，撞擊過程會產(chǎn)生高溫、高壓和熔融，一部分物質(zhì)會氣化，逃離月球。

所以每一顆月壤顆粒都是月球遭受各種境遇的記錄，它受撞擊的歷史，被熔融的歷史，遭受太陽風(fēng)注入的歷史，遭受銀河宇宙線作用的歷史，這些歷史都會被記錄在月壤顆粒里面，研究它當(dāng)然會獲得很多寶貴的信息。

月塵的影響和威脅

最初，人類并不知道月球上有月塵，美國宇航員最早在月球上空飛過的時候，在地平線上看到了一團(tuán)亮光，他們推測，那個地方可能有一些塵埃在散射太陽光，就跟我們在地平線上看到的一團(tuán)亮光，實(shí)際上是地表的塵埃在散射太陽光，這就是月塵。宇航員手繪了他們看到的樣子，把這種現(xiàn)象稱為“噴泉”，就像噴泉的樣子。

有了月球樣品之后，在顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，月塵非常細(xì)，粒度只有20微米以下，甚至還要小得多，對在月球表面工作的宇航員有很大的威脅。阿波羅登月的時候就碰到一些問題，比如，拍到的照片非常模糊，宇航員不得不用手擦鏡頭，把灰塵擦掉。

宇航員登陸月球后，回到登月艙的時候，宇航服上、靴子上都會沾染上月塵，月塵帶有靜電、具有黏附性，沾在身上很難掉下來。有些月塵會進(jìn)入呼吸道，就跟我們吸入PM 2.5-樣。我們說的PM 2.5，其實(shí)是2.5微米的顆粒直徑，月塵的顆粒里有很多PM 2.5，但它跟地球上的PM 2.5不一樣，因?yàn)樗卸拘裕芮秩肴梭w，進(jìn)入呼吸道，在肺部會沉積，嚴(yán)重威脅人體健康，所以必須認(rèn)真對待。就像阿波羅17的宇航員說的那樣， （他們）能夠克服月球上的所有問題，除了月塵。

我曾經(jīng)與醫(yī)學(xué)專家合作，用小鼠做實(shí)驗(yàn)，把模擬月塵注入到小鼠的肺內(nèi)之后發(fā)現(xiàn)，小鼠的呼吸系統(tǒng)出現(xiàn)問題。所以，月塵對人的生理和心理都會產(chǎn)生危害。

月塵顆粒雖然非常細(xì)，但是它非常尖銳，就像極細(xì)的玻璃渣。月塵顆粒進(jìn)入宇航服的關(guān)節(jié)部位，會導(dǎo)致面料磨損，宇航服漏氣。一旦漏氣就會縮短宇航員的月面停留時間，威脅他們的生存。

月塵也會積累在科學(xué)儀器的表面，因?yàn)樵聣m能吸收熱量，這跟儀器吸收熱量的能力不同，所以會對航天器的散熱過程、熱量管理、溫度控制產(chǎn)生重要的影響。月塵還會覆蓋在儀器儀表上面，使讀數(shù)困難。月塵甚至?xí)绊懹詈絾T在月面的安全行走。曾經(jīng)有一條電纜被月塵覆蓋后難以看到，宇航員行走時沒有注意，被絆倒了。要知道宇航員穿著上百斤重的宇航服，一旦摔跤是非常危險的，所以必須慎重對待月塵。

研究模擬月壤為了更好地開發(fā)月球

阿波羅計(jì)劃的教訓(xùn)是，人類對月壤的特性、月塵的影響缺少了解，航天器發(fā)射之前在地面缺少分析測試和深入研究，使真正執(zhí)行登月任務(wù)時面臨意外情況。如何避免意外的發(fā)生，就需要研制模擬月壤和模擬月塵，加深對月面環(huán)境的理解。

在經(jīng)過大量前期調(diào)研之后，我們發(fā)現(xiàn)月球土壤是可以模擬的。研制模擬月壤，需要在地球上尋找跟月壤和月塵成分相近的物質(zhì)，這些物質(zhì)是地球上的天然巖石和礦物。我們通過調(diào)研中國東、南、西、北、中，各個地區(qū)的巖石、礦物和土壤，發(fā)現(xiàn)在吉林省長白山地區(qū)有一種火山渣，成分跟月球上“阿波羅14號”登月點(diǎn)采來的一種月壤成分相近。以這種火山渣作為初始物質(zhì)，經(jīng)過加工，然后經(jīng)過廣泛測試對比，我們研制成了中國首個模擬月壤國家標(biāo)準(zhǔn)樣品。

模擬月壤不是只要看起來像就可以了，而是要真的跟月壤顆粒的形狀、大小、成分等相似。當(dāng)然，這種模擬仍然是有限的，因?yàn)樗吘故窃诘厍蛏闲纬傻摹?/p>

真實(shí)月壤是無價之寶，可能只有極少部分的月壤才會被拿來進(jìn)行科學(xué)研究。在用真實(shí)月壤進(jìn)行分析之前，我們可以用模擬月壤先進(jìn)行一些測試，如果模擬月壤測試成功了，我們才能用真正的月壤。

比方說，月球車在模擬實(shí)驗(yàn)場進(jìn)行測試的時候，就要用模擬月壤鋪設(shè)一個實(shí)驗(yàn)場;著陸器登陸月球的實(shí)驗(yàn)，就要用模擬月壤進(jìn)行;利用月壤生產(chǎn)氧氣的實(shí)驗(yàn)，是要消耗月壤的，但是真正的月壤非常珍貴，不可能用來實(shí)驗(yàn)，就需要用模擬月壤代替。模擬月壤的目的，是通過實(shí)驗(yàn)了解月球探測面臨的問題，以及未來在月球上生存需要解決的資源利用問題。

月壤最重要的功能是激勵青少年

“嫦娥五號”帶回了月壤，除了科學(xué)界翹首以盼之外，公眾特別是青少年學(xué)生對月壤也充滿了興趣，他們提出了諸如“月壤能不能種菜？能不能種水稻？能不能種土豆？”等問題，我被問到的最有趣的問題是： “月壤聞起來是什么味道的？”

其實(shí)，我也不知道是什么味道，而且即便是真正登陸月球的航天員也不一定知道。因?yàn)樵虑蛏鲜钦婵?，所以是不可能打開頭盔聞的，一旦航天服漏氣，性命都沒法幸存。帶回地球的月壤因?yàn)橐耆艚^地球的大氣環(huán)境，一旦打開暴露在空氣中，它就不是月壤了。

但是我猜測，真正吸入月壤時，應(yīng)該是一種比較刺激的感覺。因?yàn)樵氯乐杏袉钨|(zhì)的金屬鐵等還原性物質(zhì)，在月球上的真空環(huán)境下，金屬鐵可以穩(wěn)定存在，一旦接觸呼吸道中的氧氣，它馬上就會被氧化，可能會給我們一個辣辣的，類似吸入胡椒粉的感覺。

我一直認(rèn)為，月壤不僅有重要的研究價值，還有重要的科普價值和教育意義，它最重要的功能應(yīng)該是激勵青少年從小學(xué)科學(xué)、愛科學(xué)、用科學(xué)，吸引最優(yōu)秀的學(xué)生選擇科技作為職業(yè)，成為未來一代的科學(xué)家和工程師。為此，還要圍繞月壤開發(fā)課程，提升教育功能。

月球?qū)⒊蔀橐粋€用不墜落的天然空間站

中國探月工程已經(jīng)圓滿收官，下一步努力的目標(biāo)就是登月和月球駐留。再接下來，還會在月球上建立無人科考站，開始載人登月，然后是建立有人值守的月球基地，再從月球出發(fā)，去往更遙遠(yuǎn)的火星。只有當(dāng)人類在地球和月球之間能夠來去自如的時候，從地球出發(fā)移民火星的時間也就不遠(yuǎn)了。

月球是離地球最近的自然天體，也是地球唯一的天然衛(wèi)星，中國人對月亮充滿了感情，在中國人的敘事中，月亮是一個溫暖的故鄉(xiāng)，我們有很多關(guān)于月亮的神話故事、詩詞歌賦，比如嫦娥奔月、吳剛伐桂、玉兔搗藥、蟾宮覽勝……未來二三十年內(nèi)，中國人將從地球出發(fā)，在月球上建立永久基地，這個基地可能是小規(guī)模的。然后，月球基地會作為人類走向深空的中轉(zhuǎn)站或跳板，月球?qū)蔀橐粋€永不墜落的天然空間站。

從月球上可以觀測星空，成為天文研究基地;可以從月球上監(jiān)測地球，成為對地監(jiān)測站;還可以了解月球跟地球之間的差異，以更好地理解我們的家園——地球。