中國科學(xué)家在頂級科學(xué)期刊《自然》（Nature）雜志上連發(fā)三篇新論文[1][2][3]，分析了嫦娥五號從月球上采集到的樣品。結(jié)果表明，人類最近的一次月球采樣帶回了最年輕的月球土壤和巖石，距今只有20億年，揭示了月球不為人知的過去。
在我國之前，美國和蘇聯(lián)都曾采集過月球樣品。在美國阿波羅載人登月期間，宇航員先后六次帶回了380千克的月巖（后來送了1克給我國）。在上世紀(jì)70年代，蘇聯(lián)發(fā)射無人探測器登陸月球，先后三次帶回月球樣品，總計301克。
時隔將近50年后，我國發(fā)射嫦娥五號奔赴月球，這個無人探測器在月球正面著陸，采集到1731克月球樣品，并成功返回地球。此前，第一批嫦娥五號月球樣品已經(jīng)分發(fā)給多個科研機(jī)構(gòu)。現(xiàn)在，關(guān)于嫦娥五號的月球樣品研究終于有成果了。
分析表明，美蘇帶回的月球樣品都是非常古老，年齡超過30億年，最古老的甚至超過44億年。先前的研究表明，月球的內(nèi)部很快就冷卻下來，最遲在28億年前已經(jīng)停止火山活動，表面變得一片沉寂。
然而，嫦娥五號的月球樣品分析結(jié)果顯示，月球在20億年前其實還有火山活動，這個結(jié)果讓天文學(xué)家感到意外。當(dāng)時的月球火山把巖漿噴發(fā)到表面，然后凝固成玄武巖，最終被嫦娥五號帶回地球。
另一方面，月球最后的火山活動驅(qū)動力也不是此前認(rèn)為的放射性元素鉀、鈾和釷。理論上，這些放射性元素衰變后產(chǎn)生的熱量，有助于熔化月球地幔中的巖石，形成大量巖漿，最終引發(fā)火山爆發(fā)。然而，科學(xué)家并沒有嫦娥五號帶回的玄武巖中檢測出這些放射性元素。
在這幾項新研究中，科學(xué)家還分析了月球樣品中的水分。此前研究認(rèn)為，月幔具有較高的含水量，因為水能降低巖石的熔點，使月球的火山活動可以持續(xù)更長時間。但新研究顯示，這些樣本異常干燥，水分含量僅為百萬分之一至五。
對于月球這樣體型較小的天體，內(nèi)部降溫速率很快，火山活動應(yīng)該很快就會停止。如果沒有大量的放射性元素或者水，月球的火山活動又怎么會持續(xù)到20億年前呢？
對此，天文學(xué)家目前也不知道確切原因。目前提出了幾種假說，比如地球的潮汐加熱、月球表面厚厚的土壤起到保溫作用、又或者是大型小行星、彗星的撞擊。關(guān)于月球的演化史之謎，還有待進(jìn)一步的樣品分析結(jié)果。
嫦娥五號帶回的月球土壤和巖石中不但蘊(yùn)藏著月球演化史，而且還有各種人類需要的自然資源。據(jù)統(tǒng)計，月球上的已知礦物超過100種，其中5種是月球上特有的，地球上不存在。
月球上的某些金屬資源非常豐富，比如鈦，其儲量估計超過100萬億噸，地球上鈦礦的儲量估計為20億噸。鈦具有非常優(yōu)異的抗腐蝕性能，其強(qiáng)度-密度比是金屬之最，所以被廣泛應(yīng)用于航海和航天領(lǐng)域。可以想象，在未來的“大航天時代”，人類將會在月球上大量開采鈦礦。
此外，月球上還大量存在地球上極為稀缺的資源——氦-3?？煽睾司圩兪侨祟愡~向更高文明等級的關(guān)鍵，目前科學(xué)家正在測試氘和氚的核聚變反應(yīng)，但這種反應(yīng)會產(chǎn)生中子輻射問題，而且還會損失一些能量。而氦-3可以實現(xiàn)完美的核聚變，不會有放射性污染，而且成本更低。
氦-3大都源自于太陽風(fēng)，但由于地球大氣層與磁場的存在，太陽風(fēng)基本上無法直接到達(dá)地球表面，所以氦-3在地球上非常罕見。而月球沒有大氣層與磁場的阻擋，太陽風(fēng)直接轟擊月表，所以月球上積累了大量的氦-3。
保守估計，月球表面存在超過110萬噸的氦-3。而只需100噸的氦-3用于發(fā)電，就能滿足全球人類1年的耗電量。雖然月球上的氦-3是有限的，看起來只能讓人類用一萬多年，但這對于人類文明的進(jìn)一步發(fā)展十分關(guān)鍵。即便月球上的氦-3耗盡了，木星、水星等天體上還存在更多的氦-3有待開采。
氦-3具有極高的應(yīng)用前景和價值，每噸高達(dá)30億美元，相當(dāng)于191億元。目前，獲得50毫克嫦娥五號月球樣品的核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，正在研究月壤中的氦-3，探索從中提取氦-3的技術(shù)。
接下來，我國還將進(jìn)一步探測月球，發(fā)射多個無人探測器前往月球，并且從月球上的不同區(qū)域采集樣品帶回地球。令人激動人心的載人登月計劃也在醞釀之中，我們有望在不遠(yuǎn)的將來（也許十來年），看到中國航天員親自踏上月球表面。
參考文獻(xiàn)
[1] Qiu-Li Li, Qin Zhou, Yu Liu, Zhiyong Xiao, et al. Two billion-year-old volcanism on the Moon from Chang’E-5 basalts, Nature, 2021, DOI: 10.1038/s41586-021-04100-2.
[2] Heng-Ci Tian, Hao Wang, Yi Chen, Wei Yang, et al. Non-KREEP origin for Chang’E-5 basalts in the Procellarum KREEP Terrane, Nature, 2021, DOI: 10.1038/s41586-021-04119-5.
[3] Sen Hu, Huicun He, Jianglong Ji, Yangting Lin, et al. A dry lunar mantle reservoir for young mare basalts of Chang’E-5, Nature, 2021, DOI: 10.1038/s41586-021-04107-9.
