月壤色彩之谜？

The mystery of lunar soil color?

都世民

摘要：本文主要讨论月壤的有关问题，先讨论什么是月壤？然后依次讨论月壤的形成，研究月壤的价值。最后对有关报道提出疑问，对这些问题提出自己的看法。

关键词：嫦娥五号，月壤形成，价值，颜色。

Abstract: This paper mainly discusses the lunar soil, first discuss what is the lunar soil? Then the formation of lunar soil is discussed and the value of lunar soil is studied. Finally, I put forward some questions about the related reports and put forward my own views on these issues.

Key words: Chang 'e-5, lunar soil formation, value, color.

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什么是月壤？

2020年12月17日，嫦娥五号返回器从38万千米之外的月球，带回了1.7千克月壤样本。在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆，首次实现了我国地外天体采样返回。这是人类时隔44年拿到的新月球样品。此前，美国通过6次载人登月活动，带回381.7千克月壤和月岩样品；苏联在20世纪70年代，分三次共取得约300克月壤样品。

2020-12-19，科普网—文：“什么是月壤？月壤的形成及其研究价值”。文中指出：月壤是覆盖在月球表面上的一层细腻的沙土层。月壤身处没有空气的月球上，主要依靠物理风化。

  

 

月球样品图。（国家博物馆提供）

月壤形成

根据有关报道，月壤形成有多种说法，归纳如下：

〔1〕月球形成初期，大约45亿年前，月球表面非常炙热，呈半固体的熔融岩浆状态。随后月壳开始冷却凝固。为何无水？按理说，温差极大的前提下，热遇冷会有水出现，在地球上经常见到，在月球为何不见？

〔2〕月壤形成过程没有生物活动参与，没有有机质，还极度缺水干燥；

〔3〕巨大的昼夜温差，月岩热导率很低,其矿物组成和结构不均一，因热胀冷缩使月岩发生崩解，产生岩屑；也加速了月球岩石矿物的破碎。

〔4〕月球表面形态几乎完全是由小天体不断撞击打碎、混合、翻动作用塑造的。直径小于1毫米，具有黏性的细小粒子。粉末颗粒的锐角十分锋利。月球表面经常被陨石撞击，巨大的能量会使月表一部分物质熔融，形成玻璃，还有一部分物质气化，再重新凝结，成为月壤组成的一部分。小天体不断撞击有没有能量传递？外在的能量与虚空相互摇动，会不会形成风？

〔5〕太阳紫外线辐照的影响是什么？银河宇宙射线对月岩的辐射降低了矿物强度，使晶格变形，也可能间接地促进了月壤的形成。

〔6〕太阳风的作用。由于没有磁场和大气的保护，高速运动的太阳风粒子长驱直入，对破碎的月球矿物颗粒表面进行离子注入、结构非晶化和物质溅射，继而沉积在细碎颗粒的表面，从而改变了月壤颗粒的结构和成分。

不难看出，月壤形成有上述几个关键词：小天体不断撞击、巨大温差、太阳紫外线辐照、太阳风、火山。月壤形成是单一效应还是综合效应的结果？

研究月壤的价值

〔1〕能不能种菜吗？答案：否！与地球土壤富含微生物和有机养分不同，月壤不含任何有机养分，而且非常干燥，无论种菜还是种土豆都不行。

〔2〕清洁能源：科学家们发现，长期的太阳风给月壤注入了大量的氦-3，这是一种未来有可能进行热核聚变发电的清洁能源。研究发现，月壤中含有一百万到五百万吨的氦-3，大概是地球含量的百万到千万倍级。而有研究显示，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简直是完美的能源。但地球上几乎没有这种氦-3。月壤中藏着太阳系的小秘密。

〔3〕月壤是资源.

〔4〕揭开月球的起源之谜，让我们对月球的起源和演化有新的认识，也将修正和提升我们对太阳系的形成与演化、地球与行星的相关知识。

〔5〕月壤样品的研究也可以为后续月球科研站建设和人类登月作准备。

〔6〕采样点的不同有何影响？“嫦娥五号的着陆点在月球正面的西北部，这里是月球最大的月海——风暴洋，此前人类的探测器从未在此着陆过。除了与之前的采样点相距遥远之外，嫦娥五号采样点的火山活动更为年轻，可以研究月球内部能量的衰竭，更加全面地了解月球地质演化历史。

月壤研究的差异

1）研究月壤，首先看到的是颜色。以下三个报道，给出的颜色的差异及其变化，这是怎么回事儿呢？

· 1972年，在“阿波罗”17号任务中发现的橙色月壤的特写，是由月球早期火山过程产生的微小橙色玻璃珠造成的。

· 从中美两国公布的月壤样品来看，仅是肉眼就可以清楚地分辨出两国的月壤样品存在差异，美军通过阿波罗系列取回的月壤样品是灰色的，就如同日常比较常见的水泥，而中国嫦娥五号带回的月壤颜色要深很多，就如同黑色的泥土。

·李春来说：我们挑选了一些比较大的月球颗粒，挑选一毫米以上的大颗粒时，其表面沾满细的月球尘埃，用酒精把它清洗，作为收集样品。在显微镜下，放大10倍后，可以看到一些月尘颗粒本身不再是黑色，不同的矿物就会显示出不同的颜色，比如说黄绿色的，一般来讲是橄榄石，白色的一般是硅酸铝钠钙这样的矿物。琥珀色的很多是玻璃。玻璃有两种：火山玻璃和撞击玻璃。

https://m.gmw.cn/baijia/2021-08/26/1302514299.html

2）月壤厚度：在月球各处月壤的厚度不同，几厘米～5~6米。“美国的月壤和月岩样品采自6个登月点，苏联的样品采自3个登月点，但月球的面积有3800万平方千米，相当于中国陆地面积的4倍，仅这几个点的样品是无法代表月球全貌的。这里给出的厚度的范围只能是一个参考数字。也就是说，对月壤研究的结果，其数据的差异与采样点有关，这包括采集器落月点，还包括在不同厚度取样，都会带来差异。这个差异与“湿润”有没有关系？因为，从月球取回地球，能否保证“湿润”没有变化？月壤“湿润”程度与颜色有关。

3）月壤组成：主要由橄榄石、辉石、钛铁矿、斜长石等矿物和胶结质玻璃组成。月壤里存在天然的铁、金、银、铅等矿物颗粒，含有金和锌的铜矿颗粒，含有少量锡和铜杂质的锑矿颗粒等。其中最珍贵的，当属氦-3。氦-3，一种氦气同位素气体，是核聚变反应的最理想原材料。

不同的报道，月壤组成有不同的说法，三国取样，获得数据并不能代表月球的全部组成，这是一个漫长的探索过程。

https://view.inews.qq.com/a/20210216A01P3C00

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1692003990128815424&wfr=spider&for=pc

https://new.qq.com/omn/20210712/20210712A03RQ100.html

两图均为月壤颗粒

  

  

问题与思考

〔1〕中美的月壤样品颜色为何不同？中国嫦娥五号带回的月壤样品颜色，宏观看上去是黑色，在显微镜下放大10倍，为何改变了颜色？如果放大300倍又会怎样？

组成月壤的矿物粉末基本是由陨石撞击破碎形成。因此，粉末颗粒的锐角十分锋利。另外，月球表面经常被陨石撞击，巨大的能量会使月表一部分物质熔融，形成玻璃，还有一部分物质气化，再重新凝结，成为月壤组成的一部分。

〔2〕根据相关报道，笔者对月壤样品颜色的改变，有以下看法：按照报道中专家的说法，在显微镜下颜色的改变是物质效应，这只是一种可能。另外还有两种可能，那就是光的效应和人眼的效应。这两种效益应该通过实验来解决。

〔3〕光的效应的提出，是因为月壤样品经过一些处理，所观察的是颗粒状，颗粒的锐角十分锋利，是经过酒精清洗，有的经过磨平，也就说这个颗粒的形状，不是很规则的，很可能局部像棱镜状，会不会把光变成多色光？改变了这个颜色。变成彩色。

〔4〕人的眼睛的观察效应应该考虑。在宏观状态，月壤样品受光情况与显微镜下不相同，人的眼睛在明亮或昏暗的光照下，感光细胞是不同的，只有在明亮的光线下，才有色感的产生，而在昏暗的情况下不可能有色感。因此宏观和微观状况下，月壤样品的颜色会不同！

 

〔5〕一沙一世界，对月壤样品的沙粒应该放大300倍，与地球的沙粒进行对比。看看有什么不同？是想说明一沙一世界的普遍性，将来在火星取样以后，再进一步的进行观测。

（见都世民科学网博客。链接地址：

  

http://blog.sciencenet.cn/blog-1339385-1062691.html ，2019-12-1 。）