月球的“天然产物”太珍贵，科学家“吃了不止一种土壤”以榨取最大价值
如何使用1731克珍贵的月球土壤样品，凝聚了无数宇航员的辛勤工作和智慧，在哪些领域可以利用它来最大化其价值一直是人们关注的问题。
12月17日凌晨，已出差23天的Chang娥5号返回者降落在内蒙古四子王旗，successfully娥5号“挖土”任务成功完成。 这次任务带回了约1,731克月球土壤样品。 之后，这些珍贵的月球土壤样品将进入科学研究领域，为人类了解月球和探索更遥远的深空提供重要参考。 但是，为什么Chang娥五号带回的月球土壤样品必须“真实”，又该如何做呢？ 科学家如何计划对这些使用量少一点的样品进行分析和研究？ 科技日报记者采访了有关专家。
分析结果受到影响
在采样，包装，运输，开放和移交的整个过程中，如何确保Chang娥五号带回的月球土壤样品不被污染是设计者非常关心的问题，这直接关系到随后的分析和研究工作。 是否可以顺利进行以及是否可以信赖月球土壤样品分析的结果。
“地球大气中的氧气和水分，甚至地球环境中的各种微生物，都可能污染样品。” 据Chang娥五号探测系统副总设计师彭静介绍，在阿波罗登月时期，有两个案例可以很好地证明这一点。 “在分析了阿波罗带回的月球土壤样品后，一些科学家曾经宣布月球土壤中含有水，但这受到很多人的质疑，因为无法确保在运输和加工阿波罗样品时不与之接触地球的大气层，根据我们从地球上对月球的观察，在月球的大部分前部都没有水冰，即使有冰，它也会在诸如月球真空的环境条件下迅速挥发和直接太阳辐射。下降。因此，相关结论尚未得到学术界的认可。”
“ 1969年，在阿波罗12号登上月球后，宇航员参观了3号探矿者，后者于1967年登陆月球，并从探空器中回收了一些设备，该探空器已经着陆了两年多，用于研究长期暴露于月球的情况。令人惊讶的是，后来一些研究人员在设备内部的地球上检测到一种链球菌细菌，提出了两种可能的解释，其中一种是这种微生物确实存在于月球上，另一种是这种微生物是由Prospector 3从地球带入的，并且在月球上存活了两年而没有被恶劣的太空环境杀死。这两种解释，无论是哪种信任，令人震惊，并引起了很多争议。后来，直到2000年，一些从事行星保护的研究人员对当时的过程视频进行了分析，发现它们是从事研究。 研究人员的衣服是短袖的，暴露皮肤上的微生物很可能污染了样品，从而得出了错误的结论。 因此，美国国家航空航天局（NASA）后来改进了外星物体。样品分析过程避免了此类错误的再次发生。” 彭静说。
“双重保险”以确保样品不被污染
这次对月土壤样品的保护主要依靠两层保护。 首先是使用泄漏率极低的密封包装装置。 “当月球土壤样品没有返回地球时，无论是在月球表面上的采样过程，还是空间中的会合，对接和样品转移过程，都可以保证真空环境。需要担心的是因此，研究人员将返回装置中密封包装装置的温度保持在-25°C-55°C。与月球本身的温度范围相比（-180° C-130°C），温度变化不大，所以月球土壤样品没有影响，特别是当返回点进入地球大气时，尽管返回点的表面温度高达2000℃-3000℃，但返回点的温度却很高。密封包装装置仍可保持在此范围内。” 彭静说。 同时，Chang娥五号所使用的密封装置的泄漏率极低，这可以确保即使返回地球后在地球大气中停留约72小时也不会有其他物质泄漏。进入设备以污染月球土壤样品。
第二层保护是返回地面后的移交，运输和处理过程中的相关措施。 当密封包装设备移交给科学家时，他们将使用一种特殊的保护装置来存储密封包装设备，其中装有保护性氮气。 “氮气是一种惰性气体。根据过去的处理经验，科学家认为它不会与月球土壤样品发生反应，因此它可以在样品运输和运输过程中最大程度地保护密封包装设备中的月球土壤样品。在地面实验室打开密封包装设备的过程中，研究人员还需要戴上手套以在专用的充氮设备中处理密封的容器和月球土壤样品，以保持月球土壤的原始形状尽可能地取样。” 彭静说。
为了保存和处理月球土壤样品，地面应用系统的科学家竭尽全力建立了专门的存储设施以及样品处理和分析实验室，并制定了详细的操作程序，以确保月球土壤样品不会受到尽可能多的污染。可能。 获得正确和可信的科学研究结果。
“多管齐下”节省宝贵样本
如何使用1731克重的珍贵样品，凝聚了无数宇航员的辛勤工作和智慧，如何利用它来充分发挥其价值一直是人们关注的问题。
所谓的非破坏性分析是一种在不损坏或影响被测物体内部结构的情况下检查和测试被测物体内部和表面的结构和状态的方法。 “样品返回后，按照正常程序，必须经过无损少损破坏性分析过程，以确保获得最大的科学产出。” 中国地质大学（武汉）地球科学学院教授龙霄说。 无损分析可以帮助研究人员了解样品的基本情况。 吉林大学地球探测科学与技术学院教授赵玉燕说：“当前常见的无损分析，例如X射线荧光光谱法，是使用X射线管发出的初级X射线。激发样品中的原子，并通过分析样品中不同元素的特征荧光X射线波长（或能量）和强度来产生结果，以获得样品中的元素组成和含量信息。”
为了保存样品，研究人员在必须损坏样品时也倾向于使用微量分析。 在这种分析方法中，被测物质的允许量通常仅约为常数的百分之一，重量约为1-15。 毫克 “例如，激光烧蚀感应耦合等离子体质谱技术，该技术将激光束聚焦在样品表面上以进行烧蚀和蒸发，然后通过载气将样品颗粒加载到等离子体中进行电离，然后进行质量过滤通过质谱仪系统，使用接收器来检测质荷比不同的离子，该技术可直接消除固体样品，避免试剂污染，样品分解不完全和挥发性元素损失，并消除了由多原子离子引起的多原子离子的干扰。水和酸。此外，微技术方法还包括纳米离子探针技术，微激光拉曼光谱，傅立叶变换红外光谱等。” 赵玉燕说，当前的分析技术已经开始智能化，小型化，在线化和仪器化。 结合使用方向的发展，但鉴于月球土壤样品的珍贵性和特殊性，有必要进一步改进分析方法，提高相应仪器的灵敏度和分辨率，并开发新的技术和方法。
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月球土壤样品可以告诉我们这一点
通过对月球土壤样品的分析，可以纠正研究人员建立的估算天体年龄的数学模型的结果。 肖龙说：“现有的月球年龄曲线已经用人类现有的月球样本进行了校准。 它基本上涵盖了39亿年至30亿年，但30亿年至10亿年以上的数据不能由于缺乏样本而导致。 更正后，Chang娥五号带回的样本正好弥补了这一时期的差距。”
同时，这次获得的月球土壤也可以为人们了解月球的地质演化提供重要参考。 ‘娥五号着陆区是月球上最大的后期玄武岩之一，所获得的玄武岩样品比美国阿波罗计划和苏联第16阴历所获得的“年轻”。 吉林大学地球探测科学与技术学院的孟志国教授说：“玄武岩年龄越小，其来源越深。 这些样品代表的深地幔物质和阿波罗计划玄武岩代表的浅月卫星。地幔物质的铁钛含量和矿物成分必须有所不同。 研究人员希望获得有关晚玄武岩源区的地球化学和矿物学特性及其同位素和微量元素特征的新知识。 了解放射性元素or的富集机理及其在以后火山活动中的作用； 以增进对月球内部热演化历史的了解，测试和限制月球热演化模型，并解释月球晚期火山活动中的一些突出问题。”
孟志国指出：“除天文学领域外，月球土壤对微生物和资源领域也具有重要意义。对于前者而言，建立永久的月球基地是未来的重要发展方向之一。为了达到这个目标，研究微生物，月球表面的适宜性，月球土壤是否适合微生物的生长和繁殖，以及是否适合农业发展，都是无法回避的问题。在月球资源方面，这次获得的样品是钛和铁含量最高的月球土壤，氦3的含量也将更高，我们希望这种采样和分析能够对月球资源有更高的了解。氦3的含量，分布特征和分布规律；钛铁矿本身也是重要的月球资源。 铁是人类生活中必不可少的水。 水电解后的氢和氧也是人类进行月球科学研究活动的必要资源。”