发现天然石墨烯、“挖”到“嫦娥石”……中国科研人员在月壤中获得这些研究成果

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嫦娥六号月球探测器从月球背面获得的宝贵样品跟随返回舱于25日成功降落在四子王旗预定区域。这是人类首次从月球背面获得的月球样品，科学家希望通过对它们的细致分析，能解开关于月球形成的历史以及为何月球正面与背面存在明显差异之谜。香港《南华早报》此前评论称，至今我们对月球背面的了解仅限于来自遥感数据，嫦娥六号带回的样本不仅将提供有关月球上已知最大、最古老的撞击盆地的时间基本信息，而且还将提供月球另一半的月壳组成，甚至可能是月壳下面更深的月幔物质。

月壤中包含这些特殊成分

不要小看这些月球样品中隐藏的重要信息。据《环球时报》记者了解，此前嫦娥五号于2020年12月17日从月球正面带回1731克月壤样品，累计向国内131个研究团队发放7批次共85.48克科研样品。虽然发放月壤样品仅占采回样品的5%左右，但取得的科学研究成就涵盖了月球形成、演化、太空风化作用与机制以及资源利用等多个领域。

例如《国家科学评论》期刊6月17日发表的论文显示，吉林大学邹猛教授、张伟教授、李秀娟正高级工程师及中国科学院金属研究所任文才研究员等通过对嫦娥五号钻采岩屑月壤的观察分析，首次发现天然形成的少层石墨烯。石墨烯以其新奇的物理现象和非凡的特性，在包括行星和空间科学在内的广泛领域发挥着越来越重要的作用。据估计，星际碳总量中约1.9%是以石墨烯的形式存在，其形态和性质由特定的形成过程决定，因此天然石墨烯的组成和结构特征将为星体的地质演化和月球的原位资源利用提供重要的参考和信息。

从嫦娥五号月壤中，中核集团核工业北京地质研究院科研人员还“挖”到了“嫦娥石”。据介绍，中核集团核工业北京地质研究院月球样品研究团队，通过X射线衍射等一系列技术手段，在14万个月球样品颗粒中，分离出一颗粒径约10微米大小的单晶颗粒，并成功解译其晶体结构。经国际矿物学会（IMA）新矿物命名及分类委员会（CNMNC）投票通过，确证为一种新矿物，并被命名为“嫦娥石”。“嫦娥石”是人类在月球上发现的第六种新矿物，我国也成为世界上第三个在月球发现新矿物的国家。

核地研院的研究团队还首次成功获得嫦娥五号月壤样品中氦-3的含量和提取参数。氦-3一直被视为未来重要的清洁聚变资源之一，而月球则是储存氦-3的天然“仓库”。月球由于缺少大气层保护，常年受太阳风吹拂，月壤中含有大量的氦-3资源，且月壤中的钛铁矿对氦-3有较好的储存作用。种种因素都使得在地球上稀缺的氦-3，在月球上却储量惊人。对嫦娥五号月壤样品中氦-3含量及最佳提取参数的测定，将为中国后续对月球氦-3资源的遥感预测、总量估算、未来开发和经济评价提供基础科学数据。

修正月球热演化模型

“嫦娥五号着陆区是月球最年轻的玄武岩单元之一，此前研究推测这一区域的年龄为10亿至30亿年，但这种推测方法存在极大的不确定性。”中国科学院地质与地球物理研究所研究员贺怀宇介绍，利用自主研发的超高分辨定年技术，我国研究团队测定嫦娥五号月壤样品玄武岩形成于20亿年前，将月球火山活动的结束时间推迟了约8亿年，并为撞击坑定年曲线提供了关键锚点，大幅提高了内太阳系星球表面撞击坑定年的准确度。

除了月球岩浆活动停止的确切时间外，月球最晚期岩浆活动的成因也一直是未解之谜。以前科学界存在两种可能的解释：岩浆中富含放射性元素以提供热源，或富含水以降低熔点。

然而，我国对月壤的最新研究却排除了这两种主流观点。研究人员发现，嫦娥五号月壤样品中的玄武岩初始熔融时并没有富集钾、稀土元素、磷的“克里普物质”，这一结果否定了初始岩浆熔融热源来自放射性生热元素的假说。

对于岩浆是否富含水，研究发现，月幔的水含量仅为1-5微克/克，也就是说，月幔非常的“干”。基于以上研究，我国科学家提出新的年轻火山形成机制和月球热演化模型，并对未来的月球探测和研究提出了新的方向和启示。国际学术期刊《自然》发表评述文章指出，“嫦娥五号任务在过去从未涉足的月球表面，带回了迄今为止采集到的最年轻火山岩样品，这些岩石的研究结果表明非常有必要修正已有的月球热演化模型”。

发现月球水资源高于预期

月球是否存在水、能否为人类航天活动所用，一直是科学家关心的话题。尽管美国和苏联此前获得的月球样品中也发现了水的存在，但含量很低，而且受当时技术条件的影响，无法排除这些月壤返回地面后接触水蒸气的可能性。而中国科学家对嫦娥五号月壤样品的最新研究显示，月表中纬度区域太阳风在月壤颗粒表层中注入的水比以往认为的更多，而月球高纬度区域可能含有大量具有利用价值的水资源。

中国研究人员通过氢与氘的比值分析证明，嫦娥五号月壤颗粒的最表层的水都是由太阳风高速注入月球表面的。科研人员分析发现，从太阳发射出的氢离子平均速度达到每秒450公里，它们就像子弹一样打入月壤颗粒的表层。通过红外光谱和纳米离子探针分析，中国科学院地球化学研究所科研团队发现，嫦娥五号矿物表层中存在大量的太阳风成因水，根据估算，太阳风质子注入为嫦娥五号月壤贡献的水含量至少为179ppm（浓度单位），相当于每吨月壤中至少含有170克水。这一发现对于未来月球水资源的利用具有重要意义。

此外，中国科学家还发现，月壤中的一些活性化合物具有良好的催化性能。据介绍，嫦娥五号月壤样本主要来自月球表面的玄武岩，富含铁、钛等元素，而这些是人工光合成中常用的催化剂成分。研究团队以其为催化剂，以水和二氧化碳为原料，在模拟太阳光的照射下，成功生成氧气、氢气、甲烷和甲醇。

（环球网）