2020年12月17日，内蒙古四子王旗迎来了一位特殊的“客人”:在Tai 空漫游近一个月后，嫦娥五号返回器顺利着陆。
久别之后，它给地球带回了一份礼物——1731克月球样本，把揭示月球、地球乃至太阳系的“钥匙”交给了科研人员。
这是中国首次采集地外天体样本，也是人类44年来首次获得新的月球样本。
2020年12月17日晚，在完成必要的地面处理工作后，回收的嫦娥五号返回器被运回其诞生地——北京中国空理工大学，在这里打开舱体，取出样品容器及其载荷。
拿到样品后，中科院国家天文台、中科院地质与地球物理研究所等单位的科研人员日夜奋战，在短时间内对月球年龄、火山活动等月球科学有了新的认识。今年10月，相关研究成果分别发表在《国家科学评论》和《自然》上。
11天的“解锁”
2020年12月19日，装有月球样品的采样包装装置由国家航天局局长张克俭移交给中国科学院院长侯建国。作为嫦娥五号任务的地面应用系统，中科院国家天文台成为月球样品在地球上的第一个“家”。
七年来，国家天文台副研究员、嫦娥五号地面应用系统总设计师周琴似乎一直在为这一天做准备。当这一天真的到来时，短暂的兴奋过后，周琴感受到了更多的压力。
要想看清月球土壤的真面目，需要付出很大的努力。
与月球表面几乎无氧、近乎真实空的环境相比，地球表面覆盖着大气层。大气环境中的水分和氧气是这份“Tai 空礼物”的潜在威胁。一旦接触，可能会造成污染和变质，使月球样品的科研价值大打折扣。
正因如此，嫦娥五号升起空时，科研人员专门为其设置了一套采样包装系统，对采集到的月壤物质进行自动包装，确保样品安然无恙地返回地球。它看起来像一个小圆柱，但内部有许多机制:铲样和钻样被放在两个不同的密封容器中，两个容器被密封在一个装置中——要看到实物，团队必须首先破解三个门锁。
“解锁”环节安排在国家天文台月球样品实验室。这个实验室是由研究人员用五年时间建成的。走进实验室，细长的走廊两边是一个个小房间，“异地样本存放启封室”就是其中之一。房间里，一个巨大的透明盒子连着全黑的手套。“这是我们的非密封操作手套箱，里面充的是高纯氮气，气压略高于正常大气压，可以防止外界空空气进入手套箱。”据周琴介绍，启封舱与充氮舱相连。解封时，科研人员要把舱体抽到接近真空的状态，然后用机械臂打开密封装置。
听起来不难，但实际操作要复杂得多。
“我们必须戴手套来操作整个过程，而且这是第一次使用这种设备，所以我们实际上很茫然。”周琴说，设计密封容器的工作人员曾经给过他们“提示”。“解扣时，用力不能太大也不能太小，要适度。”而分寸只能自己拿捏。
带着渴望看到真相的心情，研究者们有条不紊，一丝不苟地尝试着。11天后，微小的颗粒和粉末终于在他们眼前散发出神秘而暗淡的光芒，渴望讲述背后凝固的时间故事。
嫦娥五号月壤样本。
然而，这项工作才刚刚开始。
表征和取样是第一步。所谓表征，就是为样品建立一个初步的档案，记录其重量、颜色、粒度等。但是，要根据不同的用途来划分1700多克的样本，是一件很费时间的事情。样品很薄，分装时难免会粘在容器上。正因如此，团队精心设计了排序流程，尽量避免重复操作，“必须对粒子进行比较”。实验结束时，所有的样品工具都要用酒精清洗多次，然后蒸发。“有时候工具很干净，但上面还是有我们肉眼看不到的微小颗粒。”
周琴说，从拿到样品到分发样品，她和同事们已经忙了好几个月，甚至春节只休息了一天。好奇心、使命感和参与这种千载难逢的机会的荣誉感驱使他们不断前行。
30毫克勇气
对月球样品进行深入的体检和完善档案是团队的当务之急。然而，国家天文台研究员、探月工程三期副总设计师、地面应用系统总设计师李春来，对于如何“检验”这些样品犹豫了几个月。
李春来解释说，确定样本的物理信息并不困难。许多仪器可以检测密度、表面积、颗粒大小等。无损条件下的样品。难的部分是化学分析。一般来说，常用的光谱和质谱分析方法都需要对样品进行预处理，这会消耗一定量的样品。虽然中子活化法不会消耗样品，但一些重要元素的信息，如硅和磷，很难获得。“几万人的团队花了十几年时间，花了很多精力进行技术研究，终于取回了这些月球样本。对我们来说，每1mg都是珍贵的，每1mg都不应该浪费。”
对李春来来说更困难的是，如果进行X射线荧光光谱分析，通常的技术至少需要600毫克的样品，这对他来说简直是一个天文数字。“我决心不摄入600毫克。”
但是，他心里有一种隐隐的不情愿。
没有基本的样本分析，后续研究就是一张纸空。李春来一边纠结于团队用中子活化法做分析，一边思考和探索新的可能性。当李春来听说新技术可以将光谱分析的样本量减少到30毫克时，他终于下定了决心。“如果我们不做这项工作，其他单位没有条件和能力完成；这项工作也非常重要，为后续的研究建立了一个框架。我们要有这个责任和担当。”
嫦娥五号月球样品有自己完整的档案:与美国阿波罗和苏联月球探测器取回的月球样品相比，嫦娥五号月球样品的粒度更细，平均粒度约为50微米；从矿物学、岩石学和地球化学上看，嫦娥五号玄武岩是一种新的岩石类型，表现出“高铁低镁”的特征，表明该样品形成的时间相对较晚。这一发现与随后样品年龄测定的结果一致；样品中某些元素的相关性表明不同结构的玄武岩来自同一岩浆喷发事件...
有人质疑，一般来说，样本越多，实验结果的代表性越强。一个样本的检测结果如何才能具有代表性？李春来解释说，一方面，该团队交叉比较了X射线荧光光谱分析和中子活化分析的结果；另一方面，团队在样本的均匀性和随机性上下功夫。
令人稍感欣慰的是，“服役”后的30 mg样品并没有消失，而是以另一种形式存在，可以用于科研分析。它们被科研人员精心收藏，成为中国探月之路的最好见证。
53小时的速度。
2021年7月14日15时05分，中国科学院地质与地球研究所离子探针实验室操作台前，以所长吴福源、学术委员会主任李为首的月球样品研究团队主要骨干成员紧张地盯着电脑屏幕。激烈的讨论过后，现场一片安静，巨大的房间里只能听到呼吸声。在所有人的期待中，仪器的第一次测试数据即将完成。实验室主任李手心微微冒汗。
李和。
“20亿年！”第一批数据出现在屏幕上。紧皱的眉头松开了，每个人的脸上都堆满了笑容。
“真不敢相信这是真的！”
李的自我怀疑不无道理。这个数据意味着嫦娥五号取回的月球样本只有20亿年左右，比人类有史以来获得的最年轻样本还要年轻8亿多年。这对科学界来说将是一个令人震惊的数据。团队成员不敢懈怠，类似的分析进行了200多次，反复确认这个结果的准确性。
值得一提的是，他们拿到样本才53个小时就得到这个数据。
今年7月12日，经过审核，中科院地质地球所等13家科研机构接收了国家天文台整理的31个样品，这意味着月球样品的科学研究正式启动。
这一天，在研究所里一向沉稳的马红霞也有点激动。作为一名技术人员，她将是研究所里第一个与样品近距离接触的人——在进入仪器进行进一步检测之前，样品必须被她亲手制成标准样品靶。
马红霞在工作。
从一瓶细小的灰尘样本中挑出最有用的颗粒是一项考验耐心的技术活。性格温和、说话慢条斯理的马红霞似乎天生适合这份工作。她已经在这个行业工作了14年。吴福元曾开玩笑地说:“这样的技术人员是研究所的宝贝。国内外很多科研机构遇到分离样本的问题，都要找研究所取经，甚至是借人。”
马红霞的任务是艰巨的。
地质研究所这项研究的目标之一是测量样本的年龄。李解释说，如果把岩浆比作星球的血液，那么月球的血液早已凝固；也就是说，月球在地质意义上是死的。但如果要探索“月球上的岩浆活动是什么时候停止的”，就需要知道月球上最年轻的岩石年龄，从而确定岩浆活动的最后时间。
确定岩石绝对年龄最准确的方法是放射性同位素年代测定法。经过长时间的检查，最好使用铀衰变为铅的系统。因此，高U含量和极低初始Pb含量的含锆矿物在确定年龄中是最重要的。
下午，一切都准备好了。马红霞悄悄走进保存样本的超净实验室，手里拿着一粗一细两把自己打磨过的镊子。"颗粒更小，质地更疏松."刚刚开始，马红霞就得出一个结论，但她一点也不惊慌。多年积累的经验使她的手变得像镜子一样光滑。她屏住呼吸，放慢脚步，稳稳地在一堆比面粉还薄的样品中挑选。“样品太薄了，吹完可能就没了。”她不仅要定期排出这些最有用的粒子，还要把它们铸造成标准的树脂靶，还要把每个粒子的最大表面打磨暴露出来，方便以后的研究。
这些样本会讲述怎样的月球故事？接下来的研究交给了其他同事。
锋利的工具能做好工作。
“离子探针超高空分辨率测年技术”是让样品说话的关键武器。通过改进离子探针分析仪的关键硬件，可以精确分析小到3微米的颗粒。高级工程师刘玉是这背后的技术支持。“从5微米到3微米，我们用了整整10年。”刘玉的话无法掩饰他的骄傲。“目前精度也是世界最高的。”尽管进行了多次演练，为了将仪器调整到最佳状态，刘玉提前10天就开始了准备工作。
有了这样的技术储备，科研人员就可以对超小样本“指哪打哪”，探测月球土壤的关键部位。在对所有实验结果进行统计分析后，团队给出了嫦娥五号着陆区玄武岩的准确年龄:2030 004万年。换句话说，直到20亿年前，月球上仍有岩浆活动，这比科学家之前认为的时间长了8亿年。
这还不是月球的全部。
多出来的8亿年是怎么来的？为什么月球的火山活动持续了这么久？李说，以前对月球上最后一次岩浆活动的起源有两种最有希望的解释:一种可能是岩浆源区富含放射性元素，为岩浆生成提供了热源；另一种可能是岩浆源区富含水分，从而降低了岩石的熔点。
但基于地质地球研发的“超高空分辨率间同位素分析技术”和“纳米离子探针分析技术”的分析，发现这两个假说并不成立。
它既不是放射性元素，也不是水，那么是什么导致了月球寿命的延长呢？这无疑为全世界的科学家指出了一个新的研究方向。
43年后回首往事
对于中科院院士、嫦娥工程顾问欧阳自远来说，再次看到来自月球的礼物，有着特殊的意义。
“我觉得很激动。”应邀出席中科院举办的嫦娥五号月球样品研究成果发布会的欧阳自远激动不已。“这是我们自己取回来的样本，得到的结果有价值，所以我的心情和当时完全不一样。”
欧阳自远口中的“那时”是43年前的一段往事。
1978年，时任美国卡特总统安全顾问的布热津斯基访华，向中国赠送了1克月球岩石样本。当时国内还没有人研究过月球样本，专门研究天上掉下来的东西的欧阳自远成为第一候选人。
40多年过去了，欧阳自远还记得第一次见到它的情景:“放在有机玻璃里的样品，看起来有小指那么大。我太高兴了，我可以做这么多事情。”
结果，当他打碎有机玻璃时，一块小石头滚了出来，只有黄豆大小。再称重，只有1克。就连这1克，欧阳自远也不舍得全部用完。“0.5克就够了，另外0.5克就公开展示，让大家看一看‘月之石’是什么。”
欧阳自远用这0.5g，集合了全国各地的科研力量，发表了14篇论文，得知了美国人“什么都没说”的“秘密”。这样的输出让NASA 空大吃一惊。“这没什么不好。努力过了就很容易想明白了。”
但在欧阳自远看来，那次学习更像是一次“考试”；如今，中国人自己取回样本，向世界展示了中国研究人员的高度团结与合作。
作为中国主导的原创作品，这一系列成果也得到了国际专家的高度评价。
新墨西哥大学月球和行星科学研究所高级研究员查尔斯·席勒(Charles Schiller)和卡内基研究所研究员理查德·加尔辛(Richard Garsin)等人认为，这一成果“提供了迄今为止从月球上确定的最年轻玄武岩的证据”，“加深了我们对月球热历史和岩浆历史的理解”，“对我们理解月球的起源和演化具有重要意义”。
德国路透大学教授、国际知名行星科学家奥黛丽·布维尔(Audrey Bouvier)表示，这些研究成果也为月球年轻岩浆活动的成因提出了新的问题和研究方向。
美国加州大学戴维斯分校教授、国际著名同位素地球化学和宇宙化学家尹认为，到目前为止，关于月球在30亿年前至10亿年前是否有岩浆活动，火山喷发的数据记录是一片空白。中国科学家发表的研究成果填补了这一空空白。这一重要发现对于绝对标定太阳系行星表面陨石坑的撞击年龄，以及进一步研究月球的热历史演化具有重要意义。
更多的探索仍在进行中。
李春来透露，两三年内，嫦娥六号将从月球背面带回样品，再次填补国际空空白；在不久的将来，我们将在月球表面建立永久的研究站，甚至将月球变成进一步探索的中转站。
科学家们正试图讲述月球的故事…
来源:北京日报客户端|记者牛魏坤、关鑫
流程编辑:u025
版权声明:文字版权归北京报业集团所有，未经许可不得转载或改编。
免责声明：本平台仅供信息发布交流之途，请谨慎判断信息真伪。如遇虚假诈骗信息，请立即举报
举报
