2020-12-21 20:19:09聖天使

月球「土」特產里寶藏多:氦-3、古老月岩石、月海玄武岩

嫦娥五号渲染图   嫦娥五号最突出的性能优势就是可以携带4公斤月壤样本返回地球,这是什么概念?


12月17日,「嫦娥五號」在月球採集約2公斤月壤返回地球。為什麼國家要花大力氣千里迢迢去月球帶些「土」特產回來?其實表面一片荒蕪的月球有很多寶藏,這些被人類帶回地球的「土」特產也有不小的用途……


月壤寶藏——氦-3

當你來到月球,踏上美麗的月面,首先可以隨手收集一把腳下的月壤。月壤覆蓋在整個月球表面,是由岩石碎屑、礦物顆粒、玻璃、隕石碎片、粘合集塊岩等組成的鬆散堆積物。


與地球土壤的形成過程不同,月壤是在隕石和微隕石的頻繁撞擊、撞擊濺射物堆積、宇宙射線和太陽風的轟擊,以及劇烈的溫差促使月表岩石熱脹冷縮破碎等機械作用下最終形成的。月壤的堆積速度極其緩慢,大約1億年可以堆積到1.5~3米厚,比地球土壤形成要困難得多。


月壤成分非常複雜,最令人矚目之處在於它蘊含着豐富的氦-3。氦-3有許多有趣的特點:液氦可以產生奇特的膜移動現象,在約零下271攝氏度的低溫下會出現「超流」,能沿容器壁向上流動,比熱容、表面張力、壓縮性都是反常的。




月球有豐富的氦-3資源 「中國航天報」微信公號 圖

氦-3為地球能源問題提供了一種解決方案。它是優良的核反應原料,1公斤氦-3和0.67公斤氘發生核反應,將產生相當於一個一百萬瓦發電廠19年發電量的能量,核發電效率非常高。而且氦-3在聚變過程中不產生中子,放射性小,反應過程易於控制,既環保又安全。


氦-3最初是在太陽上由熱核反應形成,然後借太陽風撒向四面八方,只有很少的量能到達地球和別的行星。因為大氣層和磁場的阻礙,它們很難落在地球表面。月球幾乎沒有大氣層和磁場,所以太陽風攜帶的微粒便能順順噹噹地落在月球上,「陷進」月面浮土裡。

月壤中海量的氦-3儲量可以滿足人類上千年的能源需求。同時太陽風還在源源不斷送來氦-3,儲量有增無減,這讓尋找新能源的科學家們看到了希望。


古老月岩石,開發價值高

月球表面的各種岩石本身非常有紀念意義,因為它們有最古老的歷史。目前地球上能找到最古老的岩石年齡約為38億年,更久遠的就找不到了。

根據同位素的分析結果顯示,月殼高地岩石的形成年齡為42~43億年,是目前為止發現的「最老」的岩石。它不僅揭示了月球岩石類型、月球的總體成分特徵及其化學演化歷史等,同時還蘊含着太陽系行星、衛星早期演化歷史的重要科學信息。


除了古老,月殼高地主要岩石類型有富含硅、鋁、鈣、鈉的斜長岩,富含鎂的結晶岩套和富含鉀、稀土元素、磷的克利普岩,它們都各有特色且具有很大的開發價值。

克利普岩在月球上分布廣泛,它是岩漿分異或殘餘熔漿結晶形成的富含揮發元素的岩石,也被稱為「月球上的花崗岩」。

克里普岩的主要礦物成分有長石、輝石、二氧化硅礦物和不透明礦物,不含或含極其微量的橄欖石,克里普岩中的鉀元素、磷元素、稀土元素、釷元素及鈾元素的含量頗豐。


上述這些都在地球上有非常廣泛的用途,稀土元素應用於國防工業、冶金、機械、石油、化工、玻璃、陶瓷、紡織、皮革、農牧養殖等領域。釷可以製作合金、催化劑、高溫陶瓷材料、光電管、電子管、特殊焊條以及吸氣劑等,還是製造高級透鏡的常用原料;釷也是潛在的核燃料,經過中子轟擊它可以轉化為鈾233,有重要的能源用途。


月海玄武岩,工業用途廣

如果你是去月海遊覽,這裡的「特產」就要數玄武岩了。




月球玄武岩

從地球看月亮,會發現月亮表面有明有暗,早期的觀察者以為這些地方被海水覆蓋,稱它們為月海。實際上,月球本身並不發光,而是反射太陽光,月海也沒有水,之所以暗淡是因為裡面遍布玄武岩,反射率比較低,所以看起來月海部分都是暗灰色的。


玄武岩是地下岩漿從火山中噴出或從地表裂隙中溢出後,經冷卻凝結而形成的火成岩。一般來說,玄武岩顏色較深,在岩石中可見氣孔,這些氣孔後來可能會被其他礦物充填。玄武岩岩漿的黏度小,易於流動,形成很大的覆蓋層,常形成廣大的熔岩台地,分布很廣。


月球上的玄武岩有很大開發價值。從美國6次阿波羅計劃和蘇聯3次月球號探測器帶回的月球樣品分析結果表明,玄武岩中鈦鐵礦含量較高。後來的「克萊門汀號」和「月球勘探者」探測器也證實了這一點。




克利普岩

鈦鐵礦是提煉鈦和二氧化鈦的主要礦物,純鈦和鈦合金是新型的結構材料,在航天工業和航海工業中應用巨大;二氧化鈦俗稱「鈦白」,是一種優良的白色塗料,在光觸媒、化妝品等工業領域也應用廣泛。

這些資源不僅對人類在地球上的生產生活非常重要,而且在未來的月球基地建設中也有重要的作用。玄武岩中鈦鐵礦可以提供鐵、鈦和氧,與氫反應產生的水將是月球基地獲取水資源的重要途徑之一。


別致的顏料——月塵

當我們離開月面返回航天器,抖抖身上的衣服,會得到另外一種月球的「饋贈」——月塵。

月塵與月壤、月球岩石的成分一致,主要來源於月球表面的風化碎屑物,在隕石轟擊、太陽風和宇宙射線以及巨大的晝夜溫差變化等作用下形成,只不過更加纖細。

不過月塵帶來的更多是麻煩。地球上的灰塵在風和水流的長期侵蝕作用下會變得平滑,月球上既沒有風也沒有流動水,塵埃顆粒保持着尖銳鋒利的狀態,所以它會對人體和航天器造成損壞。


在阿波羅任務中,12名登月航天員因為吸入月塵,都引發了各種症狀,包括眼睛和肺部感到刺痛,產生過敏反應——流淚、咳嗽,甚至呼吸困難,這被稱為「月球花粉熱」。

由於月球的低重力和紫外線照射引發的靜電效應,月球表面月塵能瀰漫數十米高,阿波羅飛船降落月球時,隨着高度降低,月面能見度越來越糟糕,在着陸前幾秒,幾乎什麼都看不見,讓航天員心驚膽戰。

揚起的月塵還會附着在航天服和航天器表面,很難清除乾淨。粘附的月塵堆積在一起,還會導致各種設備故障和機械卡死的問題。


雖然帶來的都是麻煩,但是月塵也有一些別出心裁的用處,比如說用來做顏料。

阿波羅12號的航天員艾倫·賓在退役後成為一名職業畫家,他把在太空和月球上的見聞,用藝術的形式優美地展現出來。

最傳奇的是,艾倫使用的顏料絕世無雙,裡面摻了一些月塵。至於這些月塵是從哪裡來的,是從兜裡帶出來的,還是美國宇航局贈送的,就不得而知了。反正經營他畫作的藝術畫廊一直都這麼說,而且這些油畫深受太空迷、收藏家的推崇。

當有一天我們登上月球,這些隨身而來的小東西不妨收集起來,製作成一些工藝品或小物件,帶來的就是月宮的問候。---(澎湃新聞)

(原標題:月球「土」特產,寶藏何其多)