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　　凝聚了無(wú)數航天人心血與智慧的1731克珍貴月壤樣品該怎么用、在哪些領(lǐng)域使用才能更大地發(fā)揮其價(jià)值，一直是人們關(guān)注的問(wèn)題。

　　12月17日凌晨，赴月“出差”23天的嫦娥五號返回器成功降落在內蒙古四子王旗，嫦娥五號“挖土”任務(wù)順利完成。此次任務(wù)共帶回約1731克月壤樣品，之后，這些珍貴的月壤樣品將進(jìn)入科研領(lǐng)域，為人類(lèi)了解月球、探索更遙遠的深空提供重要參考。但是，嫦娥五號千辛萬(wàn)苦帶回來(lái)的月壤樣品為什么一定要保證“原汁原味”，又是怎樣做到的?對待這些用一點(diǎn)少一點(diǎn)的樣品，科學(xué)家們準備采取怎樣的方式進(jìn)行分析研究呢?

　　分析結果受影響已有前車(chē)之鑒

　　在采樣、封裝、運輸、開(kāi)艙、移交的整個(gè)過(guò)程中，如何保證此次嫦娥五號帶回來(lái)的月壤樣品不被污染是設計者們極為關(guān)注的問(wèn)題，直接關(guān)系到后續的分析、研究工作能否順利開(kāi)展以及月壤樣品分析的成果能否取信于人。

　　“地球大氣中存在的氧氣、水分，甚至地球環(huán)境中的各類(lèi)微生物等，都有可能對樣品造成污染。”嫦娥五號探測器系統副總設計師彭兢介紹，在阿波羅登月時(shí)代的兩個(gè)案例可以很好地證明這一點(diǎn)。“在對阿波羅帶回的月壤樣品進(jìn)行分析后，曾有科學(xué)家宣布月壤中是含水的，但這受到很多人的質(zhì)疑，因為在阿波羅的樣品運輸、處理中都無(wú)法確保其未接觸地球的大氣，而根據我們從地球上對于月球的觀(guān)測，在月球正面的大部分區域是沒(méi)有水冰的，即便有，在月球真空且直接受到太陽(yáng)輻射等的環(huán)境條件下，也很快就揮發(fā)掉了。因此，相關(guān)結論并未得到學(xué)界的認可。”

　　“1969年，阿波羅12號登月后，宇航員造訪(fǎng)1967年降落在月球上的勘查者3號，從已經(jīng)著(zhù)陸兩年多的探測器上取回了一些設備，用于研究長(cháng)期暴露在月球上的設備是否會(huì )受到諸如月塵、高低溫變化、太空輻射等的影響。但令人驚訝的是，后來(lái)有科研人員在設備內部檢測出了一種地球上的微生物鏈球菌，對此科研人員提出了兩種可能的解釋?zhuān)皇窃虑蛏洗_實(shí)存在這種微生物，二是這種微生物是勘查者3號從地球帶去的，在月球上生存了兩年，沒(méi)有被嚴酷的空間環(huán)境殺死。這兩種解釋?zhuān)瑹o(wú)論取信哪一種，都是令人震驚的，在當時(shí)引起了很大的爭議。后來(lái)，直到2000年，一些從事行星保護的研究者分析當時(shí)的過(guò)程錄像，發(fā)現參與研究的科研人員的衣服都是短袖，很可能是他們暴露在外的皮膚上的微生物污染了樣品，才得出了這樣的錯誤結論。因此，后來(lái)美國國家航空航天局(NASA)改進(jìn)了地外天體樣品分析的流程，避免再次發(fā)生這樣的錯誤。”彭兢說(shuō)。

　　“雙保險”保證樣品不被污染

　　此次對月壤樣品的保護主要依賴(lài)于兩層防護。首先是采用漏率極低的密封封裝裝置。“在月壤樣品尚未返回地球時(shí)，無(wú)論是在月球表面的采樣過(guò)程，還是在太空中的交會(huì )對接和樣品轉移過(guò)程，都能夠保證真空環(huán)境，需要擔心的是溫度變化可能對樣品造成的影響。為此，科研人員將返回器中密封封裝裝置的溫度保持在-25℃—55℃，這個(gè)溫度與月球自身的溫度范圍(-180℃—130℃)相比變化很小，因此對月壤樣品沒(méi)有影響。特別是在返回器進(jìn)入地球大氣的過(guò)程中，盡管返回器表面溫度高達2000℃—3000℃，但密封封裝裝置內的溫度依舊能夠保持在這個(gè)區間范圍內。”彭兢說(shuō)。與此同時(shí)，嫦娥五號采用的密封封裝裝置漏率極低，可以確保回到地球后，即便在地球大氣中停留72小時(shí)左右，也不會(huì )有其他物質(zhì)進(jìn)入裝置污染月壤樣品。

　　第二層保護是在返回地球后交接、運輸和處理過(guò)程中的相關(guān)措施。當密封封裝裝置轉交給科學(xué)家時(shí)，他們會(huì )使用一種專(zhuān)門(mén)的保護裝置來(lái)存放密封封裝裝置，里面充了保護性氮氣。“氮氣是一種惰性氣體，參考過(guò)去的處理經(jīng)驗，科學(xué)家認為其與月壤樣品間不會(huì )發(fā)生反應，因此在樣品轉移、運輸過(guò)程中能最大限度地保護密封封裝裝置中的月壤樣品。后續在地面實(shí)驗室內打開(kāi)密封封裝裝置的過(guò)程中，研究人員也需戴著(zhù)手套在充氮的特殊裝置內處理密封容器和月壤樣品，從而盡可能保持月壤樣品的原始形態(tài)。”彭兢說(shuō)。

　　為了保存和處理好月壤樣品，地面應用系統的科學(xué)家們想盡辦法，建設了專(zhuān)門(mén)的存放設施和樣品處理分析實(shí)驗室，制定了詳盡的操作規程，盡可能保證月壤樣品不被污染，從而獲得正確可信的科研成果。

　　“多管齊下”節約珍貴樣品

　　凝聚了無(wú)數航天人心血與智慧的1731克珍貴樣品該怎么用、在哪些領(lǐng)域使用才能更大地發(fā)揮其價(jià)值，一直是人們關(guān)注的問(wèn)題。

　　所謂無(wú)損分析，即在不損害或不影響被檢測對象內部組織的前提下，對被檢測對象內部及表面的結構、狀態(tài)等進(jìn)行檢查和測試的方法。“樣品回來(lái)后根據正常程序，要經(jīng)過(guò)一個(gè)無(wú)損—少損—有損的分析過(guò)程，以保證最大的科學(xué)產(chǎn)出。”中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球科學(xué)學(xué)院教授肖龍說(shuō)。無(wú)損分析可以幫助研究者了解樣品的基本情況。吉林大學(xué)地球探測科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授趙玉巖表示：“目前常見(jiàn)的無(wú)損分析比如X射線(xiàn)熒光光譜法，就是利用X射線(xiàn)光管發(fā)出的初級X射線(xiàn)激發(fā)樣品中的原子，通過(guò)分析樣品中不同元素產(chǎn)生的特征熒光X射線(xiàn)波長(cháng)(或能量)和強度，獲得樣品中的元素組成與含量信息。”

　　為了節約樣品，在不得不損害樣品時(shí)，研究者也傾向于使用微量分析，在這種分析方法中，被測物質(zhì)的許可量通常僅約為常量的百分之一，重量約為1—15毫克。“比如激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)，該技術(shù)是將激光束聚集于樣品表面使之融蝕氣化，并通過(guò)載氣將樣品微粒載入等離子體中電離，經(jīng)質(zhì)譜系統進(jìn)行質(zhì)量過(guò)濾，最后用接收器分別檢測不同質(zhì)荷比的離子。這種技術(shù)直接剝蝕固體樣品，避免了試劑污染、樣品分解不完全、易揮發(fā)元素丟失等問(wèn)題，而且消除了水和酸造成的多原子離子干擾。此外，微量技術(shù)手段還包括納米離子探針技術(shù)、顯微激光拉曼光譜、傅里葉變換紅外光譜法等。”趙玉巖說(shuō)，目前的分析技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始向智能化、小型化、在線(xiàn)式及儀器聯(lián)用方向發(fā)展，但針對月壤樣品的珍貴性和特殊性，還需要進(jìn)一步完善分析方法，提高相應儀器的靈敏度和分辨率，研發(fā)新技術(shù)新方法。

　　月壤樣品能告訴我們這些

　　通過(guò)對月壤樣品的分析，可以對研究者建立的用以估算天體表面年齡的數學(xué)模型的結果進(jìn)行校正。肖龍說(shuō)：“已有的月球年代曲線(xiàn)是用人類(lèi)現有的月球樣品校正過(guò)的，基本覆蓋從39億年到30億年，但從30億年到十幾億年的數據由于缺乏樣品無(wú)法校正，此次嫦娥五號帶回的樣品剛好彌補了這段時(shí)間的空白。”

　　同時(shí)，此次獲得的月壤還能夠為人們了解月球地質(zhì)演化提供重要參考。嫦娥五號著(zhù)陸區是月球上規模最大的晚期玄武巖之一，其獲取的玄武巖樣品比美國阿波羅計劃和蘇聯(lián)月球16號獲取的樣品都要“年輕”。吉林大學(xué)地球探測科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授孟治國說(shuō)：“玄武巖的年齡越小，意味著(zhù)其源區越深。以這些采樣為代表的深部月幔物質(zhì)和以阿波羅計劃玄武巖為代表的淺部月幔物質(zhì)，在鈦鐵含量、礦物成分上必定會(huì )存在差異。研究者希望從中獲得晚期玄武巖源區地球化學(xué)和礦物學(xué)性質(zhì)及其同位素和微量元素特征的新知識;了解放射性元素釷(Th)的富積機制及其在后期火山活動(dòng)中的作用;提高對晚期月球內部熱演化歷史的理解，進(jìn)而檢驗和約束月球熱演化的模型，解讀月球火山活動(dòng)晚期的一些懸而未決的問(wèn)題。”

　　孟治國指出：“除了天文學(xué)領(lǐng)域，月壤對于微生物領(lǐng)域、資源領(lǐng)域等也有重大意義。對于前者而言，建立永久月球基地是未來(lái)行星探測的重要發(fā)展方向之一。要實(shí)現這一目標，研究微生物在月表的適宜性、月壤是否適合微生物生長(cháng)和繁衍，是否適合農業(yè)開(kāi)發(fā)都是繞不開(kāi)的問(wèn)題;而在月球資源方面，這次采樣得到的是鈦鐵含量最高的月壤物質(zhì)，其中氦-3的含量也會(huì )更高，我們期待這次采樣分析能對氦-3的含量、分布特征和分布規律有更高層次的理解。同時(shí)，鈦鐵礦本身也是一種重要的月球資源，鈦、鐵提取的副產(chǎn)品是人類(lèi)生活必須的水，水電解后的氫和氧也是人類(lèi)在月球開(kāi)展科研活動(dòng)的必需資源。”