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分“土”第二天,武漢科學家開始月壤實驗


極目新聞極目新聞楚天都市報官方帳號極目新聞記者肖楊視頻剪輯實習生孫葉張莉媛通訊員龐偉紅:月日,國家航天局探月與航天工程中心在北京舉行嫦娥五號...

- 2021年7月16日10時55分
- 科學文摘 / 極目新聞

極目新聞

楚天都市報官方帳號

極目新聞記者 肖楊

視頻剪輯

實習生 孫葉 張莉媛

通訊員 龐偉紅

00:16

7月12日,國家航天局探月與航天工程中心在北京舉行嫦娥五號任務第一批月球科研樣品發放儀式。經審核,包括中國地質大學(武漢)在內的13家科研機構,一共獲得約17.4764克月壤,樣品包括粉末樣、岩屑樣、光片樣等。其中,中國地質大學(武漢)獲得200毫克月壤。

在北京參與領取月球科研樣品的中國地質大學(武漢)地球科學學院教授汪在聰和何琦老師,連夜回到武漢。13日一早,他們就興奮地來到學校實驗室,對這些珍貴的月球樣品開展初步磁性研究,“這些樣品太珍貴了,給我們研究帶來很多機會”。

從200毫克樣品,探尋月幔演化歷史

極目新聞記者現場看到,月壤樣品從保險箱裏拿出後,外面有一個保護盒。

月壤樣品為粉末狀,十分細膩,為防止空氣中水分太高,樣品被塑封在一個專門的保護裝置裏面。

對這200毫克粉末樣樣品,地大團隊如獲至寶。汪在聰表示,這些樣品將根據正常程序,經過一個無損—少損—有損的分析過程,以保證最大的科學產出。接下來,團隊將會對月球樣品進行一系列研究,以了解複雜月壤的結構、組成和成分,以此認識月壤形成和改造過程,月球的岩漿過程和月幔演化歷史。

記者通過肉眼可看到的月壤,就像黑色的沙土,但顆粒更細。汪在聰說,此次申領的月壤和美國阿波羅號樣品不一樣,它粒度非常細小,平均直徑可能約20-30微米,遠比人類的頭發絲細得多,顆粒憑肉眼根本看不見,“必須在實驗室顯微鏡下去觀察,而月壤包羅萬象,有巨大研究價值。”汪在聰教授表示,研究方向主要有兩大方向,一是月球表面有很多隕石撞擊,也會受到太空風暴的影響,可以借此研究月壤的形成和改造過程,第二是通過成分和微區分析,來探尋月球的岩漿過程和演化歷史,這是全世界非常關心的問題。

嫦娥五號鑽取子系統飛控專家組成員、中國地質大學(武漢)肖龍教授介紹,嫦娥五號在月球正面最大的月海風暴洋北部呂姆克山脈附近著陸,是其他國家的探測器從來沒有到訪過的地方。著陸點遠離以往著陸采樣區,能夠回答以往沒有解決的科學問題,呂姆克山區域有月球上最年輕的火山岩,月壤樣品的研究意義非常重要,“希望能探尋月球從古老到年輕的演化歷史”。

主要申請團隊,長期研究火星

“這些樣品獲得非常難得,這是中國首次成功從月球表面鑽取樣品返回,是我們國家科技實力的體現,對我們科學家而言更是難得的機會,具有重要科研意義。” 汪在聰教授激動地說。

汪在聰表示,阿波羅時代獲得樣品絕大多數是距今30多億年前的古老樣品,而中國此次取回來的樣品可能是非常年輕的(距今約10餘億年),這對於刻畫月球從古老到年輕的深部過程和演化歷史具有重大的科學價值。

“我之前做的火星隕石分析,是在德國做研究時從美國申請到的,而月球樣品,美國現在也沒有對我國開放阿波羅登月樣品,現在我們有自己的樣品,能自主去研究,這也是70年代後,首次重新從月球采樣的樣品。”汪在聰教授長期從事行星方面的研究,2016年從德國柏林自由大學回國,來到地大工作,“我之前主要研究對象是火星,對月球的研究很少,還是因為嫦娥五號探月之旅,才萌生了申請研究的想法。”

汪在聰教授回憶,他從去年嫦娥五號落地後便持續關注月壤有關情況,地大研究團隊根據各自研究方向,開始進行申請准備。歷經幾個月的准備,他和何琦老師一起,5月底遞交樣品申請,在獲批月壤前,還曾赴北京進行答辯,“樣品申請競爭非常激烈,專家組在評審過程中特別看重申請人提出的申請是否具有重要科學含義,是否對公布的月壤有深入的理解,並且需要三分之二的評委通過,才能申領成功。”據悉,汪教授提交的申請中,獲得了50毫克月壤可用於有損研究,“比如我們想研究月壤的平均成分,需要進行破壞性研究,獲得科研價值最大化。”

據悉,汪在聰在德國期間,他利用親鐵親銅元素研究地幔岩漿過程及行星增生過程,取得了一些顛覆性、創新性成果,受到國內外同行認可。他提出了火星內部並不富含硫的突破性認識,挑戰了過去三十年廣泛認為火星是富含硫的行星的傳統觀點等。

“回國源於地大提供了廣闊的發展平台。” 汪在聰教授表示,依托該校地質過程與礦產資源國家重點實驗室和行星科學研究所,為科研提供了堅實保障,月壤的相關研究將會在未來城校區進行。地大研究團隊中肖龍教授等在行星研究上都有著豐富的經驗。

挖土取樣

地大提供100噸的模擬月壤

13日一早,作為嫦娥五號工程深度參與者之一的肖龍教授也興奮地來到實驗室,當面見證這批來自月球的“土特產”。

據悉,月面采樣能否成功的關鍵因素之一,是要了解月壤的性質,並研制出與實際月壤性質較為相似的模擬月壤,用於采樣工程技術驗證。肖龍教授及其團隊為嫦娥系列任務研制模擬月壤近10年,總共為工程單位提供了近100噸的模擬月壤。

肖龍教授介紹,他們從2009年開始做模擬采樣。首先是選擇著陸月球上采樣區可能會有的岩石類型,再做分析測試。團隊遇到了很多挑戰,比如月壤的顆粒粗細、怎麼破碎才能使得破碎以後的形態相像;月壤從上到下並不均勻、密實度不一樣,要設計鑽孔取樣的力度、轉速等;要滿足不同的工作狀況(標准狀況挑戰狀況);要考慮到岩石類型、月壤形態、力度、配比以及月球低重力,考慮低重力環境下用什麼來替代等等。“月球上的顆粒是棱角狀,地球上的像海灘的沙子,圓的,踩上去不硌腳。要選擇一種加工工藝,使地球上的樣本破碎以後形狀向月壤靠攏。”肖龍教授舉例說。

此外,團隊還要設計不同的剖面狀況,月壤從上層到下層不是均勻的,“就好比面粉裏有黃豆、紅棗之類的東西”,月壤的密實度也不一樣,可能上層松散下層密實,鑽頭轉速的設置,遇到障礙如何調整都需要仔細考慮。肖龍教授介紹,“進行了上千次的實驗,失敗了很多次,但最終我們還是提前完成了絕大部分的准備工作。”

肖龍現場演示了月壤抓取模式,他說:“‘嫦娥五號’主要采用兩種采樣方式,即機械臂表取和鑽具鑽取,兩種方式互為備份。樣本的預期總質量約為2公斤,其中鑽取0.5公斤,表取1.5公斤。實際取樣質量為1731克。對月壤的認識和研究是月球探測,以及未來建立月球基地、利用月球等不可或缺的基礎。”

從赴月取壤,到分“土”研究,肖龍教授感慨,深空研究是綜合國力的見證,湖北科學家們期待能從200毫克樣品中,早日獲得創新性科研成果,收獲更多的驚喜。

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