嫦娥|嫦娥四号“挖月三尺” 月亮上的土壤里有哪些秘密？
【嫦娥|嫦娥四号“挖月三尺” 月亮上的土壤里有哪些秘密？】出品：科普中国
制作：林杨挺（中国科学院地质与地球物理研究所）
监制：中国科学院计算机网络信息中心
2019年1月3号 ， 我国嫦娥四号探测器成功着陆月背 ， 成为了人类历史上首个在月球背面软着陆巡视探测的航天器 ， 掀起了月球另一面的神秘面纱 。
△图1. 嫦娥四号着陆月面（动图 ， 素材来源见水印）
在记录嫦娥四号着陆过程的视频中 ， 我们可以清楚看到着陆瞬间着陆器正下方被吹跑的尘土（图1）；玉兔二号月球车缓缓从着陆器驶下 ， 开始了在月球背面的巡视探测 ， 在月球背面刻下了第一道醒目的车辙（图2） 。
△图2. 玉兔二号倩影和月表上的车辙（图片来源：中国国家航天局）
这条车辙已长达600多米 ， 还在随着玉兔的脚步不断向前延伸 。 从视频和照片中我们可以看出 ， 月球的表面不是坚硬的岩石 ， 而是覆盖了一层松散的土壤 ， 科学家称之为“月壤” 。
月壤是如何形成的？与地球土壤有何不同？我们为什么要费这么大劲去研究月壤 ， 又如何研究月壤呢？
月壤与地球土壤有何不同？
网上有个很有趣的问题 ， “当年各国收到美国赠送的月壤后 ， 是如何确认月壤真的来自月球的？”
△图3.问题描述（图片来源：知乎）
从嫦娥四号的着陆视频中 ， 大家很难看出月壤与地球土壤的不同 ， 但其实只要对月壤样品进行研究 ， 就会发现它们差别很大 。
人类目前拥有的月壤 ， 均来自9次任务 。 阿波罗登月计划的6次任务 ， 一共从月球正面的6个不同地点采集并带回了382公斤的月球样品 ， 其中约1/3是月壤；苏联的3次月球号任务 ， 也采回了300克左右的月壤样品 。
通过对这些样品的研究 ， 科学家们发现 ， 除了粒度都很细小之外 ， 月球与地球上的土壤有很大的差异 。
地球上的土壤大家都很熟悉 ， 是一层疏松的物质 ， 是由岩石风化形成的细粒矿物质 ， 添加了有机质和水 ， 含有微生物等 。 地球上土壤的形成 ， 除了化学、物理作用之外 ， 生物的活动是其最重要的特征 。 此外 ， 我国西北地区广泛分布的黄土 ， 是一种比较特殊的土壤 ， 主要由风力搬运、沉积形成 。 黄土逐年堆积 ， 因此还记录了长达200多万年的气候变化历史 。
月球没有大气、没有水、更没有生物 。 那么月壤又是怎样形成的？
由于没有大气 ， 月壤被直接暴露在太阳辐射和微陨石的轰击之下 ， 组成和物理性质发生改变 ， 科学家们将这个过程称为“太空风化” ， 从而与地球上在大气、水和生物共同作用下的“地表风化”相区别 。
月壤的形成过程没有生物活动参与 ， 没有有机质 ， 还极度缺水干燥；组成月壤的矿物粉末基本是由陨石撞击破碎形成 ， 因此 ， 粉末颗粒的锐角十分锋利 。
不仅如此 ， 月球没有磁场保护 ， 太阳风（主要由氢离子等组成）会注入到粉尘颗粒表面 ， 将矿物中的二价铁离子还原成纳米金属铁微粒 ， 从而改变其电磁特征、光谱特征（颜色）等 。
另外 ， 月球表面经常被陨石以每秒10多公里的速度撞击 ， 巨大的能量会使月表一部分物质熔融 ， 形成玻璃 ， 还有一部分物质气化 ， 再重新凝结 ， 成为月壤组成的一部分 。
所以 ， 想用地球土壤“冒充”月壤 ， 几乎是不可能的 。
有读者可能会产生疑问 ， 月壤只不过是月球表面的尘土 ， 为什么还要研究它呢？其实 ， 研究月壤不仅对探月非常重要 ， 还能帮助我们了解太阳系、了解地球 。
要想探月 ， 必须研究月壤
可以这么说 ， 月壤对于探月工程的实施非常重要 。
前面我们提到 ， 月球表面几乎完全被月壤所覆盖 。 这就意味着 ， 环绕月球轨道上的所有探测器直接探测的对象并非岩石 ， 而是月壤 。 但是 ， 由于太空风化作用 ， 月壤的物质组成和光谱性质发生了不同程度的改变 。 很显然 ， 如果不了解这种影响 ， 得到的结果很可能存在偏差 。
月壤的特点导致它对探月仪器和宇航员都形成了不小的威胁 。 开展无人着陆和巡视探测时 ， 从月壤表面扬起的月尘 ， 会覆盖在各种载荷的传感器表面 ， 以及充填在仪器和机械的运动机构缝隙 ， 直接对工程的实施构成安全威胁 。
△图4. 宇航服上粘满月尘的阿波罗宇航员（NASA）
月表重力仅是地球重力的1/6 ， 而且月壤颗粒的电磁性发生了改变 ， 因此月壤的粘附力很强 ， 宇航员出舱进行科学考察时 ， 全身极易粘满月壤颗粒（图4） 。 这些月壤颗粒虽然极微细 ， 却像刀尖一样锐利 ， 很可能给宇航员的安全带来重大威胁 。
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