嫦娥|嫦娥四号“挖月三尺” 月亮上的土壤里有哪些秘密？( 二 )
因此 ， 对月壤的认识和研究是月球探测 ， 以及未来建立月球基地、利用月球等不可或缺的基础 。
月壤还是未来月球资源的首选利用对象
除了对探月工程意义重大 ， 月壤本身就是一种宝贵的资源 。
我国已经成功实施了月球探测“绕、落、回”三步曲的前两步 ， 今年即将完成第三步 。 下一阶段月球探测的新趋势 ， 就是从相对单纯的“科学探测”向“科学与应用并重”转变 ， 月球资源利用已成为预先研究的重要内容 。
需要在月球上开采、带回地球的资源很少 ， 最重要的是氦-3 。 氦-3是未来核聚变的可选燃料之一 ， 但地球上的氦气主要是放射性元素铀、钍衰变产生的氦-4 。 氦-3主要存在于太阳 ， 通过太阳风注入到月壤中（地球的磁场保护了地球 ， 但同时也挡掉了氦-3） 。 因此 ， 未来有可能从月壤中提取氦-3 ， 带回地球供核聚变使用 。
我国一直在论证嫦娥四期任务 ， 计划在月球上建一个“基本款”科研站 。 月球是一个巨大无比的天然空间站 ， 是人类深空探测的前哨站 。 月球资源将更多被应用于未来月球基地本身的构建和运行 。 例如 ， 未来可以采用3D打印技术 ， 利用月壤修建月球基地；从月壤中提取太阳风注入的氢 ， 通过与钛铁矿反应生成水和金属铁；从月球南北二极永久阴影区提取凝结在月壤中的水冰等 。 这些重要的资源都富集在月壤中 。 另外 ， 一些重要的矿物资源（如钛铁矿） ， 从月壤中分选提取是最为经济可行的方案 ， 能够避免开采和破碎坚硬岩石的巨大消耗 。
△图5. 科幻电影中的月球基地（图片来源：《2001太空漫游》）
月壤是本书 ， 藏着太阳、地球和月球的秘密
研究月壤的意义不止于此 。
月壤中藏着太阳的秘密 。 由于月壤一直受到太阳的辐射 ， 太阳的物质以太阳风的形式被注入到月壤颗粒得到保存 。 因此 ， 从月壤颗粒可以提取、并分析太阳的样品 。 完整的月壤剖面 ， 记录了长达30多亿年的太阳辐射历史和注入的太阳物质 。
月壤中还藏着地球的秘密 。 月球自形成以来 ， 一直在不断远离地球 。 在地质历史早期 ， 月球远比今天更靠近地球 。 除了太阳风之外 ， 月球还一直被地球风吹拂着 ， 特别是在更早的30多亿年前 。 因此 ， 月球正面的月壤还注入了来自古老地球的大气物质 。 科学家提出 ， 通过比较月球正面和背面的月壤 ， 可以识别出来自地球大气的成分 ， 研究30多亿年前地球大气的组成和地球磁场(Ozima, et al, 2005; Wei, et al, 2020) 。
最后 ， 月壤中当然还藏着月球本身的秘密 。 月球表面不断受到陨石的撞击 ， 溅射起来的物质一层一层堆积在月球表面 。 因此 ， 月壤剖面记录了30多亿年以来的陨石撞击历史 ， 而且 ， 这段记录同样也适用于地球 。 与地球相比 ， 月球是一台完美的记录仪 ， 保存了地球-月球区域最完整的陨石撞击历史 。 相反 ， 地球上的绝大部分陨石坑都被地质作用擦除了 ， 在地球表面发现的陨石坑仅有170多个 。
如果没有返回地球的样品 ， 我们如何研究月壤？
返回月壤样品的量并不多 ， 如果没有样品 ， 我们还能研究月壤吗？
当然可以 。
以我国的探月任务为例 ， 嫦娥四号就带来了关于月壤的新发现 。
△图6. 嫦娥四号着陆区(Zhang, et al, 2020)
嫦娥四号的着陆区位于月球南极-艾肯盆地中的冯·卡门撞击坑（图6） 。 南极-艾肯盆地直径约2500公里 ， 深达13公里 ， 打开了一扇月球内部的窗口 ， 从而可以直接探测月球内部的物质组成 。
月球车玉兔二号携带了3台重要的仪器——全景相机、探月雷达、成像光谱仪 ， 开展了多方面科学探测 ， 得到了大量数据 。 科学家根据这些数据 ， 获得了对月球内部物质组成、早期撞击历史、岩浆喷发历史、以及月壤形成机制和太空风化特性等新的认识 。
利用全景相机 ， 科学家们获得了着陆区和巡视路线上的高分辨立体影像图 。 与嫦娥四号着陆区多石块的表面相比 ， 冯·卡门撞击坑表面几乎没有石块 。 说明这里月壤的形成经过了很长的时间 ， 原有的石块都被砸碎了 。
探月雷达向下发射了2束电磁波 ， 根据回波信号获得月表下的信息 。 频率高的一束用于探测月壤的精细结构 ， 但能探测的深度较浅（约50米）；频率低的一束用于探测月壤下面的物质和结构 ， 探测深度约500多米 。
△图7.雷达高频信号剖面(Zhang, et al, 2020)
高频雷达信号表明 ， 这里的月壤很厚 ， 达到了12米 。 作为对比 ， 由于技术能力的限制 ， 阿波罗计划月壤钻机只能钻取到2米左右 ， 远比实际月壤厚度要浅 。 在嫦娥4号着陆区 ， 月壤之下是从撞击坑溅射过来堆积成厚约22米的角砾岩层（图7） 。
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