据新华社
这两天，“嫦娥五号”的动态一直被人们牵挂在心上。目前，“嫦娥五号”已顺利完成月球表面自动采样，并按预定形式将样品封装保存在上升器携带的贮存装置中。约2千克的月球岩石、土壤样本将由上升器携带，从月面起飞，与返回器对接后返回地球。这也是继前苏联月球24号探测器之后，时隔44年人类从38万千米外的月球带回样本。
我们为什么要登月“挖土”？怎么取样？有哪些意义？本端记者专访中国科学院国家天文台研究员郑永春，请他为我们解读。
月球上取的土
绝佳研究样本
“天上白玉京，十二楼五城。”几千年来，月球一直是人类憧憬的理想国，对于月球的猜测和想象络绎不绝。几十年前，随着美国、前苏联相继登月从月球上获取样本，月球的神秘面纱逐步被人类所揭开。
“这是个人迈出的一小步，却是人类迈出的一大步。”美国宇航员阿姆斯特朗第一次踏上月球这片沉寂的土地时，如此描述道。除了在月球上留下人类的脚印，“阿波罗”号还为人类带回了“天外宝藏”——月壤。在1969-1976年间，6次美国“阿波罗”探月任务和3次苏联“月球”号任务先后带回了大量月壤与月岩样本。其中，“阿波罗”任务共采集了约382千克；“月球”采集了约301克。
人类一次又一次登上月球，取回月壤，那么它到底是什么样呢？
郑永春介绍，通过地基天文望远镜对月观测，太空望远镜和环月卫星的遥感探测，以及无人驾驶月球车和“阿波罗”宇航员的月表巡视勘查，目前已知道几乎整个月球表面都覆盖着一层细粉状的风化物质，这就是月壤。实际上，月壤指的不仅仅是月球上的土壤，还包括卧或埋于粉状风化物中的直径数米的岩石。
现在科学家对采集的月球样品进行的分类，就是依据当时处理“阿波罗”号带回月球样品所采用的分类方法。其中直径大于1厘米的颗粒，被当作岩石样品来进行研究，称为月岩；直径小于1厘米的颗粒，被当作土壤样品对待，按习惯也称为月壤。其中，颗粒直径小于1毫米的部分，是月壤中的主要组成部分，在大部分月壤样品中占总重量的90%以上。
“月壤是了解月壳岩石圈的组成和分布特征，研究月球乃至地月系演化历史的绝佳样本。它存在于月球表层，遭受了微陨石和小行星的撞击，所以含有微陨石和小行星撞击历史的信息。”郑永春说，月壤是从月球固体岩石圈到太阳系空间的过渡带，暴露于宇宙射线和太阳风中，包含太阳系空间物质和能量信息，还可以为了解太阳活动历史等提供必要的信息。
月壤也是月球资源利用研究的重要载体。月壤中含有丰富的资源，包括氦-3、钛铁矿、克里普岩等潜在资源，可为月球资源开发利用、月球基地的选址等提供重要科学依据。如氦-3是世界公认高效、清洁、安全的核聚变发电燃料。据计算，100吨氦-3所能创造的能源，相当于全世界一年消耗的能源总量。氦-3在地球上的蕴藏量极少，全球已知且容易取用的只有500公斤左右。而前期嫦娥工程探明，月壤中的氦-3储量达上百万吨，能满足人类约1万年的能源需求。实际上，随着人类对月球认识的加深，科学家发现月球氦-3的总储量可能更多。
当然，由于地月运输的高昂成本，目前所谓的月球资源还不具备商业开发价值，只有潜在开发价值。“如果有一天人类长居月球，那利用月壤在月球上就地生产建筑材料、铺设路面、生产氧气和水等将是十分必要的。”郑永春说。
取样品2公斤
“嫦娥五号”很拼
“嫦娥五号”计划在月球获取2公斤左右的样品，并带回地球。为了完成勘测采样任务，“嫦娥五号”配备了摄像机、光谱仪、雷达、机械臂和钻具等精密设备。
国家航天局探月与航天工程中心副主任、“嫦娥五号”任务新闻发言人裴照宇介绍，为了提高这次采样的可靠性，以及样品的丰富性，“嫦娥五号”主要采用两种采样方式，即机械臂表取和钻具钻取，两种方式互为备份。“样本的预期总质量约为2千克。其中钻取0.5公斤，表取1.5公斤。”
所谓表取，是在月球表面采集月壤。在表取工作之前，先会进行钻取，钻头可深入月球内部2米，钻取月壤岩芯。在两天的工作时间里，“嫦娥五号”的各种设备采取深钻、浅钻以及“铲土” “夹土”“挖土”等方式，采集了预期量的月壤。
12月2日，嫦娥五号探测器在月球表面自动采样。新华社发（国家航天局供图）
采取2千克样本看似简单，实则面临不少困难。一方面，月面采样装置需要考虑到飞行任务和探测器的电源、光照、热控等因素的约束；另一方面，还会受到月面温度和地质情况等客观条件的影响，如月面白天最高气温可达180℃；同时，在挖掘过程中如果遇到一些突发情况，没法像真人取样一样随机应变。这就在技术层面对采样装置提出了更高的要求。
采样完成之后，还要“打包寄件”。就像寄送快递一样，单单手头上有东西还不成，打包必不可少，不然半路遗漏了怎么办？与快递寄件不同的是，“嫦娥五号”完全是依靠自己独立完成的。在取样的过程中，“嫦娥五号”就要把采到的岩芯、土壤部分装到一个包裹里，保持真空密闭。这样才能在返航地球的时候，保证样本不被地球环境所污染。
当然，除了“挖土”回地球，“嫦娥五号”还将开展一系列科学探测，如着陆区的现场调查和分析，着陆点区域形貌探测和地质背景勘察，获取与月球样品相关的现场分析数据，建立现场探测数据与实验室分析数据之间的联系等。
完成月壤采样封装后，携带月球样品的“嫦娥五号”上升器要从月面起飞，与返回器在轨道上交汇对接，将月球样本转移到返回器中，最终返回地球。
从目前的情况看，“嫦娥五号”干得很不错，于北京时间12月2日4时53分正式完成月球钻取采样以及封装等工作。
郑永春对月壤样本充满了期待：“如果‘嫦娥五号’取得完整的岩芯，那这个岩芯价值巨大。因为岩芯是一层一层堆积起来的，记录着月壤不断翻转、掩埋、堆积的过程，而我们只有通过岩芯样品才能更好地研究月壤的形成过程。”
最浪漫的礼物
科学家的盛宴
“以前限于当时的技术手段，科学家判断月球应该是十分干燥的；上世纪90年代以来，通过遥感探测手段，科学家发现月球两极永久阴影区可能会有水冰；如今，借助新技术手段，对上世纪六七十年代的月球样品进行了重新分析，发现月球样品里并非彻底没水，还是有一些来自岩浆的水，尽管含量非常微小，基本上不可用。”郑永春说，月球样品的研究极大更新了我们对月球的认识。可以说，除了靠遥感数据获得对月球全球性的认识之外，绝大部分与月球有关的发现，都来自月球样品的实验室研究。
“嫦娥五号”选择在月球上最大的月海——风暴洋北部的吕姆克山脉附近着陆并实施采样，是我国科学家经过深思熟虑的。
此前美国与前苏联的9次任务，带回的月球样本均采自月球正面的月海，年龄基本在30亿到45亿年间。而其中最古老的一些样本，不仅帮助科学家提出大碰撞假说、重建了可能的月球起源过程，还为太阳系的演化提供了新的理论，如“阿波罗”15号带回的样品15415，被称作“起源石”，它帮助科学家们提出了关于月球起源的重要理论。将这些样品称作宝藏，可以说是一点也不为过。
有科学家认为，虽然吕姆克山同样属于月球正面的月海地区，但与此前代表古老岩石信息的采样点相比，这里的喷发历史可能只有13亿年，是月球最年轻的月海玄武岩。先前的研究指出，月球的火山活动在最初的10亿年较为活跃，在大约30亿年前，火山活动逐渐停歇。
如果通过“嫦娥五号”带回的样本研究证实吕姆克山的“年轻”，它将提出一个全新的问题——月球的内部如何在形成数十亿年后，仍保留有足够的热量用于喷发？如果能获得这里新的样本，将有助于填补目前月球样本的空白时间段，推进对月球火山活动和演化历史的认识。
同时，月球也为其他行星的“测岁”提供了重要参考。一般来说，其他行星的“年纪”是根据月球陨石坑的大小，还有深度和对周围环境造成的影响来进行判断的。古老的区域有更多和更大的陨石坑，而较年轻的区域则有较少和较小的陨石坑。根据这些陨石坑的“年纪”，再利用月球上的土壤样本，就可以得出绝对日期。目前8.5亿年前到32亿年前这段时间的月壤仍是一个谜，“嫦娥五号”或许可以提供这个谜团的答案。
昭昭之宇，浩瀚无垠；日月盈昃，辰宿列张。2004年“嫦娥工程”立项以来，中国的探月工程已经走过了16个年头。在2020年年末，我们将收获来自月球最浪漫的礼物。
