科普：月球岩石和土壤

通过地基天文望远镜对月观测、太空望远镜和环月卫星的遥感探测、以及无人驾驶月球车和阿波罗宇航员的月表巡视勘查，目前已经知道几乎整个月球表面都覆盖着一层细粉状的风化物质——月壤（Lunar Regolith），也就是月球表面的风化物质层。

由于长期的小天体撞击，大块的基岩仅出露于陡峭的山脉、撞击坑和火山通道的峭壁等处。

月壤是指覆盖在月球基岩层之上全部风化物质，甚至包括或卧、或埋于粉状风化物中的直径数米的岩石。

狭义的月壤指月球土壤（Lunar Soil），是根据阿波罗采集的月球样品的分类处理进行定义的。

科学家在对采集的月球样品进行分类时，先按粒度大小进行分级筛选，分成＞1 cm、1 cm~4 mm、4mm~2 mm、2 mm~1 mm和＜1 mm几个部分。

颗粒直径≥1 cm的部分在研究工作中被当作岩石样品来进行研究，称为月岩（Lunar Rocks）；

颗粒直径＜1 cm的部分当作土壤样品对待，按习惯也称为月壤，即狭义上的月壤；

其中颗粒直径＜1 mm的部分是整个月壤样品的主要组成部分，在大部分月壤样品中占总重量的90%以上。

实际上，不管是月岩还是月壤，都采自月球的风化层。

月壤是从月球固体岩石圈到太阳系空间的过渡带，包含着相关区域的大量信息。月壤的研究不仅涉及月球本身，而且还包含太阳系空间的物质和能量的重要信息。对月壤层和月壤样品的深入研究可提供丰富信息。这些信息包括：

（1）.太阳系早期演化的历史记录；

（2）.月岩和月壤的宇宙线暴露与辐照历史；

（3）.月球中挥发分的脱气历史；

（4）.太阳风的组成和太阳表层的成分特征；因为太阳风可以毫无保留地注入月球，而到达地球的大部分太阳风被地球磁场屏蔽掉了，不能抵达地球表面；

（5）.小天体和微陨石撞击月球的历史记录，进而推断地球遭受小天体撞击的历史；

（6）.月壤主要由下伏基岩演化而来，通过对月壤的研究，可以了解月壳岩石圈的组成和分布特征，对研究月球乃至地月系的演化历史具有重要意义。

   除科学意义外，月壤还含有丰富的资源，包括：稀有气体等气体成分（特别是可用于可控核聚变的燃料氦-3）、钛铁矿、克里普岩（KREEP Rocks，富含K、REE和P）等矿物资源。

   由于月壤处于月球的最表层，具有松散、非固结、细颗粒和易于开采的特点，是未来月球基地建设、采矿、修路、资源提取的首选目标。

   在可预见的相当长的时间内，月壤的经济价值远高于下伏的基岩。

   因此，通过对月壤的精细研究，可提供月球资源开发利用前景的重要信息，并为月球基地的选址提供重要的科学依据。

   需要说明的是，目前所谓的月球资源，是指对地球上的人类具有潜在的开发价值，还不具备商业开发的价值。但是，利用月壤在月球上就地生产一些建筑材料、结构部件、铺设路面、生产氧气和水等，对于人类在月球上的长期居留是十分必要的。由于地球和月球之间运输费用十分昂贵，月壤资源的就地开发利用，可以大大减少从地球上运到月球的运货量，从而降低经费投入。

    以下照片为作者摄于约翰逊航天中心：

月球上没有氧气、绝对干燥、没有微生物，所以采回地球的月球样品必须存放在充满氮气的密封箱内，研究人员通过密封箱的两个塑胶手套，来进行分样、切割、称量等操作。

这是平放的钻孔样品。钻孔的层序反映了月球土壤层的层序，不能颠倒。

操作月球样品的塑胶手套。

阿波罗11、12、14号人物的钻孔直径为1.97 cm，阿波罗15、16、17的钻孔直径为4.13 cm。

最长的钻孔长度不到2.5米。由于当时技术所限，钻孔完全依靠人力钻取，而由于月球重力仅为地球的六分之一，达到这个长度已经非常不易。

怎样保证月球样品免受地球环境的污染，避免月球样品接触到氧气、水、生物，是月球样品保存最重要的课题之一。

加工和存放月球样品的器皿和工具也有严格要求，要避免对样品的沾染。

阿波罗样品的编号头两位，15表示是阿波罗15号任务采集的样品。对岩石和土壤分开采用不同的编号方式。

阿波罗15的岩石样品。

岩石类型：月壤角砾岩，采样地点：Dune撞击坑南部坑缘

这块角砾岩是由玄武岩碎片和玻璃胶结在一起形成的。由于每一个碎片是撞击溅射过来的，可能来自完全不同的地区，因此需要对每个碎片进行精细的研究。

阿波罗16号采集的月球岩石样品。

这是月球上的斜长岩，也就是我们从地球上看过来月球上颜色比较明亮地区的岩石。地球上也有很多类似的岩石，河北的张家口附近就有这种岩石。

采样地点：阿波罗登月舱西北角30米处。

60016是阿波罗16号任务采集的，是一块易碎的、灰色的、角砾岩。岩石孔隙度较大，有很多浅色和黑色的碎屑斑晶，代表不同的岩石和矿物。

采样地点：登月舱西南14-15米处。

这是月球土壤。月球土壤非常不同于地球土壤，形成机制也与地球土壤迥异。

月球土壤也有一些特殊的物理性质，包括热导率、磁性、电导率、颗粒粒度、粒形都很有特点，是我们研究的兴趣所在。

博物馆设计了一个触摸月球的设施，中间有一小块真正的月球岩石，每个人都可以触摸它，我能虔诚地摸了摸，感觉凉凉地、滑滑地…………

让公众都有机会了解航天项目，发挥航天计划对青少年和公众的教育、启迪的重要作用，科普教育是十分重要的一环。

约翰逊航天中心准备了很多月球样品的，将其密封在有机玻璃里面，供博物馆和青少年教育。

大块的月球样品要切割成薄片进行研究。

月球样品来自不易，不管是教育目的，还是研究目的，样品使用要非常谨慎，慎之又慎，浪费一克就是罪人。

航天计划经费高昂，是全体纳税人的钱支撑的，就要对全体纳税人负责。

公器私用，罪莫大焉。

要让更多的人了解航天计划，让他们能够有机会参与到航天计划中来，通过展览、征集名称、参与训练、大学生实习等方式，不是唱高调、不是灌输、不是说教，而是平等地传授。

这方面我们的意识还有差距。

说明：本文图片均为作者摄于美国休斯敦的约翰逊航天中心，如需使用，请联系：zyc@nao.cas.cn