悦壤元宇宙月壤入深 厚植希望

 

　　2020年，嫦娥五号成功将1731克月壤样品带回地球。今年6月27日，国家航天局探月与航天工程中心公布了第六批月壤样品发放公告，深圳大学深地科学与绿色能源研究院谢和平院士成功获批，现在这份弥足珍贵的月壤已经交到谢和平院士研究团队手中。

 

　　据团队介绍，本次申请月壤的目的是：开展“考虑宇宙深空中真空电磁涨落环境下的月壤颗粒间传力传热机理研究。”

 

　　文、图/广州日报全媒体记者王纳

 

　　最轻的月壤承载着最厚的希望

 

　　也许有人会问，100毫克月壤是不是有点少？深大科研团队成员告诉记者，100毫克月壤已经不少了，对于月壤样品来讲，重量不是问题，因为现在的高精尖分析仪器，100毫克已经可以满足所有的分析需求了。

 

　　也就是说，虽然100毫克月壤放在手心几乎感受不到重量，但却承载着最厚重的希望。

 

　　二十世纪六七十年代，美国进行了多次登月行动，采回了月壤。1978年，美国送给中国科学家1克月壤。以欧阳自远院士为代表的中国科学家对这1克月壤进行了集中研究，而研究只用了0.5克，发表了很多学术论文，得到了很多关于月球的认识。科技的大厦不是一天建成的，而是要长期地积累。我国取回月壤的历程，凝结着全国2000多家单位、数十万名科技工作者的智慧、热情和汗水。从2004年“嫦娥工程”正式启动，到2020年12月17日嫦娥五号返回器安全着陆，整整经历了漫长的16年。

 

　　月壤厚重，是因为月壤中蕴藏着月球的奥秘。通过研究月壤，我国科学家正逐渐给出答案：2021年10月，中国科学院地质与地球物理研究所和国家天文台，联合多家研究机构，在月球岩浆活动停止时间、月球晚期岩浆活动成因、月球上是否含有“水”等方面，取得突破性进展；2022年8月，中核集团核工业北京地质研究院的科研人员发现了一种新矿物——嫦娥石；2022年10月，中国科学院地质与地球物理研究所的科学家又提出新的月球热演化模型，揭示了月球年轻火山的成因；2023年5月，我国科研人员发现了多种类型、不同起源的月球玻璃物质，肯定了在月球表面就地取材利用月壤加工生产玻璃建材的可行性……这些成果丰富了人类对月球的了解，受到国际学界高度评价。

 

　　深大正在研究登月取芯探矿

 

　　为什么深圳大学科研团队能获批领取到月壤样品？

 

　　8月4日，谢和平院士在前往北京领取月壤前，又回到了深圳大学的实验室里。在这里，世界首台可以从微观形态、化学成分、纳米力学和光学等多个方面进行原位材料表征的联合测试平台在有条不紊地完成自己的任务，月基模拟环境保真取芯测试分析系统一如既往地对着模拟月壤进行各种测试。

 

　　这些设备，展示了深圳大学科研团队的目标——到月球取芯探矿。

 

　　站在正在运行的保真取芯器智能装配平台前，谢和平院士自豪地告诉记者，“这套设备不仅可以在地球表面取芯探矿，可以到深海取芯探矿，未来我们还希望能推广到月球去取芯探矿。”

 

　　2018年，谢和平院士团队在国际上首次提出“保压、保温、保质、保湿、保光”取芯获取地球深部真实物性参数的构想，自主研制深部岩石原位保真取芯探矿与保真测试分析系统，获得国家自然科学基金委重大科研仪器项目资助。

 

　　那么，这个用在地球的科研成果是不是也能复制到月球上，让我们登上月球取芯探矿呢？

 

　　谢和平院士团队在重大科研仪器研制的基础上，针对当前国际上存在月球取芯“钻不深、取不真”的现状，将研究成果拓展到月球取芯探矿，提出了月球大深度保真取芯探矿构想。在团队看来，获取月球大深度及原“质”原“位”保真样品，将能实现更加准确的评估月球资源禀赋。

 

　　国家探月中心等单位专家多次到深圳大学视察指导，听取了月球保真取芯探矿和月球物质资源及环境资源利用的汇报，并给予了充分指导和大力支持。4月25日，国家航天局深空探测(天都)实验室与谢和平院士联合正式成立科学家工作室，就深空物质资源开发中的基础科学问题进行深入合作研究。国家航天局针对本次嫦娥五号月球样品申请，经行业专家通讯评审、月球样品专家委员会评、探月与航天工程中心审核，来自16所科研机构与高校的60份申请获批。这也是深圳市高等院校、科研院所首次获批真实的月球样品。

 

　　月壤运输过程中全程纯氮保存

 

　　8月7日下午，谢和平院士在国家天文台领取了100mg月壤。随后，深圳大学在线发布了月壤的开箱视频。如此珍稀的月壤样品，在运输过程中要如何保存呢？

 

　　据谢和平院士团队成员介绍，样品运输中采用的是高纯氮气环境条件，国家天文台提供的样品盒本身就保存在氮气环境中。氮气为惰性气体，放在高纯氮气中可以防止月壤因接触空气发生氧化等化学反应，主要目的是为了保持月壤物质结构不发生变化。

 

　　另外，样品运输对于保存环境也有极高的要求。首先，室内要达到万级洁净室标准，环境温度要维持天然常温常压，以避免出现大幅变化，同时湿度也需要达到超净化学实验室要求和标准。样品保存处还需要进行24小时监控，与月壤有关的所有操作都将全程视频记录。

 

　　月壤样品将用于研究月壤颗粒间传力传热机理

 

　　据团队介绍，本次月壤申请主要开展考虑宇宙深空中真空电磁涨落环境下的月壤颗粒间传力传热机理研究。

 

　　为什么月球表面无液态水，月壤却出现了地面上非饱和土才有的高黏附力现象呢？为什么月球上热流测量出现明显异常的现象呢？

 

　　为了回答这些问题，研究团队在国际上首次提出从真空电磁涨落的视角建立了基于量子电动力学的不规则颗粒相互作用理论预测模型，来攻关分析月壤颗粒的传力与传热机制。

 

　　从探月工程角度，该研究有望建立颗粒相互作用理论预测模型，为月壤相关工程的设计提供理论基础；从行星科学角度，该研究可推广到真空中任意物质颗粒体系，为原行星盘生长等现象提供精确预测分析；从量子物理角度，该研究可为真空电磁涨落效应提供验证和预测分析，为物理力学发展提供新方向。

 

　　本次申请真实月壤样本的测试，可为团队的研究提供基础参数输入和验证，有望解释原行星盘生长、碎石堆小行星稳定性、阿波罗热流计异常等行星科学现象，也可以指导月球着陆取芯探矿、小行星轨道控制等深空工程设计及预测分析。

 

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