对话行星地质学家：“月球采样”那些事
作者：文汇报记者 郑蔚
编辑：叶松亭
责任编辑：何连弟
来源：文汇报（2020年11月24日）
“无人采样”计划月球采样2000克
文汇报：在社会高度关注“嫦五”的同时，很多读者也第一次听到“行星地质学”这个词，请先介绍一下，“行星地质学”研究的是什么？
肖龙：行星地质学是行星科学的一部分。在1969年7月“阿波罗”飞船月球采样返回之前，我们对月球的认识是很肤浅的。“阿波罗”月球样品研究对月球科学起到了革命性的作用。正是由于“阿波罗”样品的成功返回，提供了研究月球的实际材料，再结合大量遥感探测数据的研究，才开启了行星地质学学科。可以说，是“阿波罗”任务开启了行星地质研究的先河。现今，行星地质的研究对象包括了所有有岩石表面的天体，包括行星和卫星、小行星等。行星地质学研究月球、火星等类地天体的地形地貌物质组成，构造变形，以及它们的形成和演化历史，这和地球科学家研究地球类似。从太阳系的角度来看，地球也是行星之一，而且研究其他行星通常是要借鉴我们对地球的认知。通俗地说，行星地质就是研究月球、火星等星球它们长什么样子，是什么物质组成的，又是怎么形成的等等。
文汇报：请简要介绍一下人类“月球采样”的历程。
肖龙：迄今为止，人类的月球采样分为“载人登月采样”和“无人采样”两种方式。美国历次“阿波罗计划”总共采集了2415块标本，总计约382千克。苏联的“月球计划”以无人采样的方式分3次取回了326克月球样本。美苏相加，尚不满400千克。“嫦娥五号”采用的也是无人采样，目标是一次月球采样2000克。
文汇报：取回这2000克月壤月岩，有哪些重要意义？
肖龙：月壤是月球岩石经过数十亿年的空间风化后形成的，包含不同粒度的岩石碎屑、矿物碎屑、陨石碎屑、撞击熔体碎屑、火山玻璃和各种角砾岩，还有太阳风注入的各种粒子等。因此，科学家可以通过研究月壤中不同的组分，来获得原始月球的物质组成、外来物质、形成时间等重要信息。研究月球的土壤还可以帮助我们了解早期太阳活动情况，从而为了解地球早期经历的相关地质过程提供参考。从我国的行星科学来说，将利用这些宝贵的样品，为认识月球开展深入的研究。其科学成果和不断进步的工程技术，也有助于将来的载入登月和火星、小行星探测任务。
嫦娥五号携带月球样品返回模拟图
月球采样有多难？
文汇报：您参与了月面着陆点的选择，请教一下选择着陆点时主要考虑哪些因素？
肖龙：着陆点的选择最主要考虑两点，一是工程的安全性，二是要有重要的科学价值。工程方面，主要考虑地形、地貌、坡度、光照和通讯等因素。科学方面，要重点考虑在月球科学中的价值，能否为回答月球科学问题提供关键样本。例如，我们不能落在以往“阿波罗”的采样点附近，也不能靠近苏联的采样点；着陆点要有与以往不一样的样品，能够回答以往没有解决的科学问题。
文汇报：为什么我国首次取月球土壤岩石就采用钻探的方式？是不是地表以下的岩石蕴含着月球和太阳系更多的信息？
肖龙：钻探采样，就是想获得从表面到地下一定深度的样品。月球的月壤从表面到深部，其物质组成、粒度等性质有很大差异，不同深度的月壤记录的月球科学信息也有所差异，因此需要获得地下的样品，而且要连续，保持原始的层理信息。这些样品中包含有太阳风和宇宙射线与月岩相互作用的产物，因此对于了解太阳的活动历史也是很重要的。
文汇报：据悉，“嫦五”这次钻探深度达2米左右。月球无人钻探的难度在哪里？月面会不会太坚硬而钻不下去？钻探设备采用何种动力以使它的动力足够强劲？
肖龙：无人钻探确实难度非常大，主要是月面没有水，不能对钻头进行冷却，只能干钻，速度快了温度升高也快，极有可能导致烧钻，导致钻探失败。此外，钻取的样品如何进行转移封装等，都有很多技术难题。这次钻探的主要目标是细粒的月壤，如果碰到坚硬的岩石，就很难钻进了。钻机的动力主要是靠太阳能，因此动力也是有限的。
文汇报：万一钻探设备发生故障，有没有采用别的方式取回月球土壤的预案？
肖龙：为了保证采样成功，除了钻探采样外，还要从月球表面抓取月壤。计划中的2000克样品，主要来自抓取。
肖龙教授考察柴达木盆地类火星地貌（受访者供图）
打开月壤月岩里深藏的秘密
文汇报：有报道说，取回月岩有助于弄清月球何时停止火山活动，弄懂“月球何时停止火山活动”有多重要？地球不是还一直在火山喷发吗？如果月球还未停止火山活动，是不是可以说月球的内核还是“热”的，月球就还没有“死去”？
肖龙：每个天体的生命周期都是有限的，一般体积大的天体寿命要大于小的天体。月球只有地球十分之一的质量，因此它会远早于地球停止来自其自身内部的地质活动。与地球类似，火山和地震等是月球最直观和最重要的地质活动现象。根据“阿波罗”的样品研究，发现月球上的火山岩年龄都老于30亿年，因此科学家推测月球的生命在那个时间就停止了。但后来的研究发现，月球还可能有一些更为年轻的火山岩。如果这一解释能够得到样品数据的支持，就会改写我们以往的认识。行星地质学家就要重新解释，为什么月球在距今十几亿年还有火山活动，它的热源来自哪里？等等。这类研究，也会对我们分析地球等类地行星的生命周期提供帮助。
文汇报：如果月球不久前还发生过火山喷发和月震，会不会影响将来人类在月球上建立基地？
肖龙：地质学上使用的年龄单位是百万年，甚至是亿年。我们所说的“年轻”火山活动也是十几亿年之前的事情了，那时地球上还没有出现高等生命。科学家没有发现月球上有活火山，因此不会对建立月球基地有影响。
文汇报：科学家对月球的研究，是不是会带来我们对地球生命起源的新认识？
肖龙：地球生命起源是个未解之谜。研究月球无法给出直接答案，但是有些现象和事实可以帮助我们分析生命起源的可能性。一是月球上分布有无数的撞击坑，这些撞击事件，可以将月球上的岩石撞碎，并以极快的速度飞出月球引力区，部分就落到地球上。同样的原因，我们在地球上也找到了不少的火星陨石。这说明太阳系不同天体的物质可以通过撞击溅射相互交换。因此，不排除早期地球的生命物质是来自其他天体的可能性。另一方面，地球和月球之间的潮汐作用，也可能为地球海洋生命登陆提供了可能。
文汇报：土壤学家说，在地球上形成1厘米的土壤，要100-1000年的时光。您认为在月球上，如果产生1厘米的土壤，要多少年呢？是不是因为月球表面没有有机物，所以土壤形成时间要长得多？
肖龙：从岩石转化为土壤的过程，称为风化作用，包括物理风化、化学风化和生物风化三大类。地球上土壤的形成速率与岩石的性质和所处的气候环境等密切相关。月球上缺少化学风化和生物风化，只有物理风化作用。从岩石形成土壤的过程经历了陨石撞击破碎、太阳风和宇宙射线的照射、极大的温差不断使得石块碎裂变成小颗粒、最后形成粒径不到一毫米的月壤。科学家通过不同的模型计算，其结果相差很大，但形成1厘米厚的月壤至少也要上千万年。
文汇报：您对我国探月工程“月球采样”的愿景是什么？
肖龙：首先是期待这次任务圆满完成。此外，我非常期待中国航天能够早日实现载人登月。经过培训的宇航员就是月球上的地质学家，他们将有能力识别不一样的岩石和土壤，这样就可以收集和带回更多有科学价值的样品，为我们认识月球和地球本身提供更多科学依据。