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月壤快递首次来杭!这213毫克有什么奥秘?

  原标题:213毫克月壤有什么奥秘

  7月8日晚,两位来自38万公里外的“月球来客”,乘坐CA1722“赏月航班”,缓缓滑入杭州的夜色。

  这是国家航天局探月与航天工程中心发放的第七批嫦娥五号月球科研样品,也是浙江省科研机构首次以第一申请单位的身份拿到的月壤样品。两份嫦娥五号月壤样品共计213毫克,将用于嫦娥七号有效载荷的光谱定标,以及这个数据的一致性反演等一系列工作。

  国科大杭州高等研究院首席教授舒嵘告诉记者:“通过这次申请,证明了我们杭州也具有独立开展月壤样品研究的实力。”

  首次将月壤接来杭州,需要分几步?它是怎么保护、运送的?通过它,还有哪些月球奥秘会被揭开?记者从北京到杭州,独家全程记录下月壤“快递”到杭州的这趟旅程。

  嫦娥五号月壤首赴杭州

  如果为这两位来自月球的“贵客”做一次“扫描”,会发现它们真的非常特别。

  年龄,那真是不得了,大概有20.3亿岁(中国科学院地质与地球物理团队此前在《自然》上发表文章,精确测定了嫦娥五号月壤样品的年龄为20.3亿年)。

  体重嘛,却十分轻盈,仅有213毫克。

  与地球上大部分富含微生物和水分的土壤不同,月壤干燥而成粉末状。此次带回杭州的月壤光片样品,13毫克几乎就是几个“小黑点”。粉末样品装在一个小瓶子中,肉眼看上去呈深褐色。约200毫克的月壤,平铺开来大概就一个指甲盖的大小,十分珍贵。

  2020年12月17日,嫦娥五号月表取样1731克月壤成功返回地球,中国成为第三个成功采集到月壤的国家。2021年7月,嫦娥五号月壤样品向全社会开放申请。截至目前,国家航天局已向国内131个研究团队发放7批次共85.48克科研样品,多个领域的70余项研究成果在中外重要学术期刊发表。通过研究月壤,许多月球奥秘正在揭开。

  而要申请到月壤样品,也要通过重重考验。从谋划课题、提交材料,到公布现场答辩名单、现场答辩……每一个过程都需要科学家和专家、评委一丝不苟、竭尽心力。

  “虽然拿到的样品量很少,但通过精心的实验设计,相信我们也会达到一个很好的科学实验结果。”舒嵘说。

  到实验室就入住手套箱

  可能很多人不知道,月壤样品,研究完,是要还的。

  7月8日的北京,虽然室外气温最高31摄氏度,体感却远不如杭州闷热。但身在空调房里的国科大杭州高等研究院副研究员许学森,脑门上却沁出一层汗。

  任谁看,那都是紧张。

  根据月壤样品的研究用途和场景,分为原样使用、消耗型使用和破坏型使用三种。此次国科大杭州高等研究院申请到的其中200毫克月壤样品,按照规定,在一年后归还时,损耗率不能大于20毫克。

  “一定要注意少开盖!”交接时,中国科学院国家天文台工作人员熊老师就千叮万嘱,“以我们以往的经验就是每开盖一次,都会比你想象中损耗得多,所以尽量少开盖。一次就把自己要用的量拿够比较好。”

  打个比方,小瓶子开盖时,手稍微一抖,或是打个喷嚏,这200毫克月壤就要打水漂了。

  于是,从北京回杭州这一路,许学森全程几乎就维持着一个动作——小臂垂直拎着存放月壤样品的黑匣子。偏偏这趟飞机还特别颠,2小时的飞机,同行的小伙伴笑他“肌肉要练出来了”。

  “对于细粒月壤来说,因为它的粒径太小了,如果在运输过程中产生颠簸或者倾倒,很有可能会有粉末从瓶子的螺纹口里面渗出来。”许学森对记者说,就算要产生损耗,也希望是在科学实验中损耗,这样才有价值。

  其实,为了迎接月壤,国科大杭州高等研究院从2020年就开始给它准备“住所”了。

  “我们考察了国家天文台保存月壤的设备,订购了个一模一样的手套箱。”许学森说,“它还需要保存在万级以上洁净标准的环境中。”

  月壤样品落地杭州后,科研团队更是马不停蹄赶回实验室。他们先将月壤样品缓缓放入手套箱的过渡舱中,再将过渡舱抽真空,然后将手套箱里的氮气放到过渡舱里。

  为什么用氮气呢?因为氮气是不太活泼的气体,不容易和月壤发生化学反应。

  这样反复做三次,保证过渡舱和手套箱内的环境是一样的,才能顺利将月壤样品放入手套箱中。

  10分钟的操作结束后,许学森摘下手套给记者看——手上全都是汗。

  “总算是一块石头落地了。”许学森长舒一口气。

  为嫦娥七号做准备

  事实上,在探月工程上,来自浙江的科研团队一直敬业精益、接续奋斗。

  2022年,中国科学院宁波材料所、钱学森空间技术实验室等联合团队发现,月壤中钛铁矿颗粒表面都存在一层非晶玻璃。其中,以气泡形式封存的氦-3或可通过机械破碎的方法在常温下提取,月球上原位开采氦-3资源将不再是梦。

  本次国科大杭州高等研究院的科研团队更是另辟蹊径、着眼未来,主要从嫦娥七号载荷研究的方向着手。

  通俗点讲,这次他们研究月壤,并不是研究月壤里有什么、月球上的环境怎么样,而是以月壤做标定,为嫦娥7号上所需要用的光谱仪做校准。

  根据国家航天局发布的官方信息,嫦娥七号将于2026年前后发射,开展月球南极的环境与资源勘查。

  “嫦娥六号是着陆在月球的中纬度地区的,而未来七号、八号的着落点更靠近月球的南极。”国际宇航联合会空间运输委员会副主席杨宇光告诉记者。

  之所以这样选址,是因为我国未来月球科研站的理想之地是建在南极附近。

  “月球的夜晚长达14天,昼夜温差达到300摄氏度,这么恶劣的环境不利于科研设备的工作。”杨宇光解释,“除了温度,还有能源问题。14天的月夜,太阳能板无法充电。”

  而在月球的南极附近,会有非常长的光照期。此外,月球南极附近很可能有以冰的形式存在的水。

  “嫦娥七号和八号会构成未来我国月球科研站的基本型。它们不进行采样返回,会一直留在月球上。所以嫦娥七号的着陆器可以带更大的巡视器,可以对月球进行更深入的勘查。还有一个飞跃器,可以在月表起飞,展开飞跃探测,争取找到水。”杨宇光说。

  从这个角度来说,本次国科大杭州高等研究院申请嫦娥五号月壤所做的研究,指向的,是未来。

  “相信这次研究,对后续的科学产出会产生非常深远的意义。”舒嵘说。

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