月球，這顆距離地球最近的天體，是人類邁向星辰大海必須跨越的地方。
2024年6月25日，嫦娥六號返回器攜帶來自月球背面的月球樣品，在內蒙古四子王旗預定區(qū)域安全著陸，標志著探月工程嫦娥六號任務取得圓滿成功。1935.3克，這是人類第一份來自月球背面的樣品！此前，人類在月球上進行了10次樣品采集，但都是在月球正面。這也是我國采集到的第二份月球樣品。2020年12月，嫦娥五號帶回約1731克月球正面樣品，科研人員對樣品開展了多項研究。
月球樣品能為我們揭曉什么秘密？令人期待。
月背采樣有什么不一樣
在嫦娥六號之前，人類共進行過10次月球采樣：蘇聯(lián)3次，美國6次，以及我國嫦娥五號1次，均為月球正面。
嫦娥六號是嫦娥五號的備份，最初的目標也是月球正面采樣。但隨著嫦娥五號在月球正面成功采樣并返回，嫦娥六號的目的地也發(fā)生了變化——月球背面。這顯然更具挑戰(zhàn)性。一方面，人類對月球背面了解更少，月背采樣面臨更多無法預知的風險；另一方面，受到月球自身的遮擋，處于月背的探測器無法與地球直接通信。因此，嫦娥六號在月背著陸和采樣，需要鵲橋二號中繼星提供通信“中轉站”服務。
嫦娥六號采樣和封裝過程中，科研人員會在距離月球38萬公里外的地面實驗室，根據(jù)鵲橋二號中繼星傳回的探測器數(shù)據(jù)，對采樣區(qū)的地理模型進行仿真，并模擬采樣，為嫦娥六號的采樣決策和各環(huán)節(jié)操作提供支持。通過這種“人機協(xié)作”方式，輔助嫦娥六號及時研判控制鉆取風險，現(xiàn)場決策后續(xù)動作。
但是，萬一中繼星和地面失去聯(lián)系，怎么辦？
據(jù)嫦娥六號任務總設計師胡浩介紹，科研人員設計了很多預案。其中一個是，提高嫦娥六號探測器的“自主技能”——一旦中繼星出現(xiàn)問題，嫦娥六號探測器可以自主開展活動，自己給自己下達程序化指令，包括鉆取、提升、起飛等，自主判斷和執(zhí)行。
當然，這個預案最后沒有用上，地月之間的中繼通信一直很暢通。不過，采樣過程仍然讓大家“提心吊膽”。
與嫦娥五號一樣，嫦娥六號也有兩種采樣方式：一是表取采樣，用機械臂攜帶采樣裝置采集月球表面的土壤；二是鉆取采樣，用一根鉆桿鉆入月球表層預定深度，采集較深層的土壤。
相比表取，鉆取的難度和不確定性更大。嫦娥六號著陸后，不能挪動位置，鉆取過程如果碰到堅硬的巖石，不可能換地方再鉆。但也不能輕易放棄，因為鉆取確實十分有必要——從月球表面到深部，月壤的物質組成、粒度等性質有很大差異，不同深度的月壤記錄的月球科學信息也不同。
為了確�！般@得動”，航天科技集團五院研制團隊開展了大量地面試驗與仿真分析。他們結合月壤特性，設計了一種獨創(chuàng)鉆頭，并通過對比多種設計方案，確定取芯機構方案以及相應構型，使其具備高硬度巖石的鉆進能力。
不過，科研人員終究無法預測所有情況。在鉆進1米多一點后，嫦娥六號遇到了狀況�！敖�(jīng)過專家們一致判斷，覺得可能是有石頭卡在那了�！焙普f。這個石頭確實很硬，是繼續(xù)鉆，還是停止？一直鉆下去，也不是不行。但是，“再鉆下去可能會把前面鉆的一些成果丟掉。”胡浩說，嫦娥六號在月球上的工作時間是有限的，能量也是有限的，“再鉆可能就影響到后邊的任務”。這也正是月球背面采樣，以及航天探索的魅力——在太空中，總會有不期而遇的“意外”發(fā)生。
權衡之下，停止鉆取，開始采樣。盡管沒有達到預想的鉆取深度，但通過表取和鉆取的配合，嫦娥六號仍然采集到了1935.3克月球背面樣品。“我們的目標是兩公斤月壤，容器設計就這么大，再多也裝不下�！焙普f。
嫦娥五號月壤研究已發(fā)表100多篇高質量論文
6月28日，嫦娥六號月球樣品由國家航天局移交至中國科學院，開展月球樣品的存儲和處理，啟動科研工作。
與此同時，科研人員對嫦娥五號月球樣品的研究仍在繼續(xù)。過去3年多以來，國家航天局已向國內131個研究團隊發(fā)放科研樣品。通過對這些樣品的研究，科研人員在月球形成與演化、太空風化作用及資源利用等多個領域取得重大成果。其中，有兩項研究成果備受關注。一項涉及月球壽命，一項關乎月球水資源。
與地球類似，火山和地震等是月球最直觀的地質活動現(xiàn)象。月球的巖漿作用一旦停止，便意味著月球地質意義上的“死亡”。因此，月球巖漿作用到底什么時候停止的，一直是月球演化歷史研究中的重大科學問題之一。
此前，美國“阿波羅”月球樣品研究表明，月球上的火山巖年齡都超過30億年，因此，科學家推測月球的生命在那時就停止了。但通過對嫦娥五號月球樣品中玄武巖的研究，科研人員發(fā)現(xiàn)，這些玄武巖是19.6億年前由火山噴發(fā)形成的，是迄今發(fā)現(xiàn)的最“年輕”的月球玄武巖。
也就是說，月球的巖漿活動可能一直持續(xù)到19.6億年前�？蒲腥藛T指出，對比“阿波羅”樣品研究結果，目前已知月球地質壽命相當于“延長”了約10億年。
嫦娥五號樣品研究不僅改寫了月球的壽命，也回答了大家非常關注的另一個問題——月球上是否有水。
科研人員對嫦娥五號月壤中的輝石、橄欖石和斜長石礦物開展研究，發(fā)現(xiàn)嫦娥五號礦物表層中存在大量的太陽風成因水。據(jù)估算，太陽風質子注入為嫦娥五號月壤貢獻的水含量至少為170ppm(即100萬分之170)，相當于每噸月壤中至少含有170克的水。
進一步研究發(fā)現(xiàn)，這些太陽風成因水可在月表中、高緯度地區(qū)得到較好保存，證實月表礦物是水的重要儲庫，還為月表中緯度地區(qū)水的分布提供了重要參考，對月球水資源的利用具有重要意義。未來，我們將在月球建立國際月球科研站，實現(xiàn)人類在月球的長期駐留和工作。如果能在月球上開發(fā)和利用水資源，好處是顯而易見的。
此外，還有更多研究成果拓寬和深化了我們對月球的認識：
——科研人員在月壤中發(fā)現(xiàn)了一種全新的礦物，并將其命名為“嫦娥石”。這是人類在月球上發(fā)現(xiàn)的第六種新礦物，我國也成為世界上第三個在月球發(fā)現(xiàn)新礦物的國家。
——通過對月壤進行階段升溫提取氦-3的方式，科研人員確立了月壤氦-3的最佳萃取溫度參數(shù)。作為潛在的核聚變燃料，氦-3被認為是一種未來能源。這些關鍵科學數(shù)據(jù)為以后月球氦-3資源總量估算，以及氦-3資源的勘探開發(fā)提供了基礎支撐。
——科研人員首次在月壤樣品中發(fā)現(xiàn)天然形成的石墨烯，拓寬了人們對月壤復雜礦物組成的認知，為月球的原位資源利用提供了重要信息及線索。石墨烯以其獨特的物理特性，在包括行星和空間科學在內的廣泛領域發(fā)揮著重要作用。
…………
“科研成果非常豐富。”嫦娥六號任務副總設計師、中國科學院國家天文臺研究員李春來說，這么短時間內，月壤研究已經(jīng)有100多篇高質量的論文發(fā)表，一些成果發(fā)表在國際學術期刊《自然》《科學》等重要學術刊物上。
目前，我國已經(jīng)啟動嫦娥五號月球樣品的首次國際申請和評審工作。不久的將來，我們或許也會收到國外科學界帶來的驚喜。
月背樣品將讓我們看到一個更完整的月球
嫦娥五號月球樣品的研究，揭曉了那么多關于月球的奧秘，這讓我們對嫦娥六號的月背樣品更加充滿期待。
“以往采集的樣品，我們只認識到半個月球。”李春來說，月背樣品有望為研究月球的二分性、完整了解月球的歷史，提供機會。
嫦娥六號之所以選擇在月球背面的南極-艾特肯盆地采樣，為的就是盡可能采到與過去不同的月球樣品，從而更全面地研究月球。與月球正面相比，月背有更多撞擊坑，月海范圍更小。而且，月背起伏大、地勢較高，地面更加粗糙。
“我們在采樣過程中就感覺月球背面和正面的月壤不太一樣，正面的比較細膩、松散，背面的狀態(tài)似乎不太一樣�！焙普f。
李春來指出，南極-艾特肯盆地是月球上已知最大、最深、最古老的盆地，礦物化學成分可能與正面有非常大的差別。研究這里的地質構成、物質組成、演化歷史，有助于了解月球的地質演化歷史，揭示月球背面特有的地質構造和物質成分的差異，更全面地了解月球的地質演化歷史。
既然來自月球最古老的盆地，那嫦娥六號樣品中很可能發(fā)現(xiàn)月球的古老物質。中國科學院地球化學研究所專家楊溢指出，根據(jù)撞擊坑統(tǒng)計定年，南極-艾特肯一帶年齡約42億年，可能分布有月表最古老的巖石。嫦娥五號樣品中發(fā)現(xiàn)了目前月球最年輕的玄武巖，那么，嫦娥六號樣品是否能發(fā)現(xiàn)月球最古老的巖石和可定年的礦物？
除了尋找最古老的巖石，嫦娥六號樣品還可能發(fā)現(xiàn)月球深部物質。
嫦娥六號著陸的阿波羅撞擊坑，位于南極-艾特肯盆地內部，是一個多次撞擊形成的“盆中之盆”。專家認為，這里可能是月殼最薄的位置之一，是月球深部物質潛在出露區(qū)，更容易獲得月球深部物質。
“深部物質非常珍貴，也很難有機會獲得。”李春來說，嫦娥六號采樣點受到早期撞擊事件的拋射，很可能采集到月球深部，甚至月幔的樣品，為研究月球內部結構和物質成分提供寶貴數(shù)據(jù)。
而且，來自撞擊坑的月球樣品，還可以為研究月球早期的撞擊歷史，甚至地球的早期撞擊過程提供機會，有助于了解太陽系早期的演化歷史，推動比較行星學的研究。
此外，與嫦娥五號一樣，尋找水資源也是嫦娥六號月背樣品研究的一個重要議題。楊溢指出，月球正面受到“地球風”影響，相對富氧、富水。根據(jù)遙感光譜研究，月球背面雖然不如正面富氧、富水，但也存在少量富氧、富水區(qū)域，甚至發(fā)現(xiàn)了赤鐵礦等名義含水礦物(指化學式中包含水分子，實際上不以液態(tài)水形式、而以水合物或羥基等形式存在的礦物)。
“嫦娥六號如果采集到名義含水礦物，或者樣品包含特殊的水賦存狀態(tài)，將是非同尋常的突破。”楊溢認為，這對于月球水資源研究非常有意義。
當然，對人類首份月背樣品的研究，還有更多可能。比如，是否也會發(fā)現(xiàn)新的礦物？月球原位資源利用會有什么新突破？
為開展月背樣品研究工作，探月工程地面應用系統(tǒng)總體單位中國科學院國家天文臺將對嫦娥六號月背樣品進行制備和分裝。嫦娥六號任務新聞發(fā)言人葛平6月28日透露，預計半年后，能夠向國內科研機構和科研人員開放申請。
另外，國家航天局此前已制定月球樣品及科學數(shù)據(jù)的國際合作實施細則，并公布了月球樣品研究的申請流程。“歡迎各國科研人士按照有關流程提出申請，共享惠益�！眹液教炀謬H合作司負責人劉云峰說。月球的更多秘密等著科學家一一揭曉。
(本報記者 陳海波)