根據(jù)《焦耳》（Joule）雜志刊載的一項(xiàng)最新研究[1]，來(lái)自我國(guó)南京大學(xué)的科學(xué)家分析了嫦娥五號(hào)的月球土壤，結(jié)果有了一項(xiàng)重磅發(fā)現(xiàn)，月壤可以作為巨大的火箭燃料來(lái)源，未來(lái)的星辰大海就能從月球開始。那么，月壤中究竟有什么東西呢？
月球是迄今為止人類唯一涉足過(guò)的外星世界，而且到過(guò)的人鳳毛麟角。半個(gè)世紀(jì)前，美國(guó)宇航局（NASA）的阿波羅載人登月飛船，先后6次成功登陸月球正面，12位宇航員踏上了月球表面。
阿波羅宇航員在月表上收集了不少的月壤和月巖，最終帶回了381公斤的月球樣品。1978年，美國(guó)送了一顆1克重的月巖給我們，當(dāng)時(shí)我國(guó)科學(xué)家用了其中一半做研究，分析了月球物質(zhì)的成分。
但0.5克的月巖用于研究還是太少了，想要深入了解月球成分，我們需要更多的月球樣品。終于在2020年，我國(guó)發(fā)射的嫦娥五號(hào)無(wú)人探測(cè)器成功登陸月球，挖到了1.731公斤的月巖和月壤，并成功將它們帶回地球。
目前，嫦娥五號(hào)的月球樣品已經(jīng)進(jìn)行了4次分發(fā)，我國(guó)很多科研院校正在對(duì)月壤和月巖開展廣泛而又深入的研究。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，嫦娥五號(hào)帶回的樣品只有20億年左右，這要比阿波羅樣品年輕了至少十幾億年，表明月球的地質(zhì)活動(dòng)時(shí)期要比此前認(rèn)為的更長(zhǎng)很多。
除了研究月球的演化史之外，科學(xué)家還有非常重要的研究目標(biāo)，那就是尋找月壤和月巖中蘊(yùn)藏的資源。此前，我國(guó)科學(xué)家測(cè)定了嫦娥五號(hào)月球樣品的各種元素含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這與阿波羅月球樣品的差異非常大。
嫦娥五號(hào)月球樣品的重磅發(fā)現(xiàn)
根據(jù)這項(xiàng)新研究，南京大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，嫦娥五號(hào)月球樣品中存在富含鐵和鈦的化合物，這可以被用作催化劑，并且在太陽(yáng)光的作用下，就能把水轉(zhuǎn)變成氧氣，把二氧化碳轉(zhuǎn)變成火箭燃料。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)具有非常重大的現(xiàn)實(shí)意義。
雖然月球離地球很近，都在太陽(yáng)系的宜居帶內(nèi)，但兩個(gè)星球的環(huán)境卻是迥然不同。地球被大氣層覆蓋，地表有可供生物呼吸的氧氣，還有大量的液態(tài)水，成百上千萬(wàn)個(gè)物種在地球上繁衍生息。
相比之下，月球顯得非常貧瘠，月表遍布隕石坑和玄武巖月海，沒(méi)有大氣層，沒(méi)有液態(tài)水，沒(méi)有任何的生機(jī)，一片死寂。月壤中不存在有機(jī)養(yǎng)分，要想直接在月壤上種菜也是不可能的。
盡管月球上沒(méi)有生機(jī)，而且也不能種菜，但月球上蘊(yùn)藏的資源是非常有用的。未來(lái)，我國(guó)計(jì)劃在月球上建造月球科研站，之后不但要實(shí)現(xiàn)載人登月，而且還要讓人長(zhǎng)期駐留在月球基地中。
為了讓人類能夠在月球上生存下去，就需要強(qiáng)大的月球生命保障系統(tǒng)，其中氧氣和水是兩大關(guān)鍵要素。先前的研究表明，嫦娥五號(hào)著陸地的月壤中含有水，每噸月壤的含水量為120克。另外，在太陽(yáng)光照射不到的永久陰影區(qū)中，還有以冰形式存在的水。
除了從月球上提取水之外，宇航員呼出的水汽、二氧化碳也可以被收集起來(lái)。水、二氧化碳分子中都含有氧原子，如果能把其中的氧原子分離出來(lái)，就能得到寶貴的氧氣。
這一次，我國(guó)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)月壤中存在富含鐵和態(tài)的化合物，它們?cè)谔?yáng)光的作用下，能夠作為一種高效催化劑，把水電解成氧氣、氫氣。由此制得的氧氣可供宇航員呼吸，同時(shí)氧氣又能與氫氣制成液氫-液氧火箭燃料。
此外，二氧化碳與電解水制得的氫氣又能進(jìn)一步反應(yīng)，在月壤催化劑和太陽(yáng)光的作用下，通過(guò)加氫反應(yīng)，還能產(chǎn)生甲烷、甲醇這樣的化合物，甲烷是制造火箭燃料的主要成分之一。
不需要額外的能量輸入，只用月球上的資源和太陽(yáng)光，就能獲得氧氣和燃料，研究人員將其稱之為“外星光合作用”。不僅如此，這種過(guò)程也不需要從地球上運(yùn)送資源過(guò)來(lái)。
由于地球強(qiáng)大的引力和大氣層作用，從地球上發(fā)射火箭需要消耗巨大的燃料。而月球沒(méi)有大氣，并且月表重力只有地球上的六分之一，再加上還能在月球上大量制造火箭燃料，所以月球就能成為深空探測(cè)的跳板，讓人類飛向更加遙遠(yuǎn)的太空。同時(shí)，開采到的月球資源也有望運(yùn)回地球。
除了水和氧氣之外，宇航員的生存還需要食物。盡管月壤無(wú)法直接用于種菜，但如果能夠深入研究月壤成分，對(duì)其進(jìn)行改良，未來(lái)也是有望實(shí)現(xiàn)種菜的。另一方面，我國(guó)科學(xué)家此前研制出了用二氧化碳人工合成淀粉、葡萄糖的方法，這也能用于解決月球上的食物問(wèn)題。
月球上的資源不止于此，月表上富含多種礦物，其中一些是地球上非常罕見(jiàn)甚至沒(méi)有的。在這些資源中，氦-3極為珍貴，因?yàn)樗鼈兪峭昝赖目煽睾司圩內(nèi)剂?，它們?cè)诘厍蛏鲜趾币?jiàn)，但在月壤中大量存在，儲(chǔ)量可達(dá)上百萬(wàn)噸。只需一二十噸的氦-3，就能滿足我國(guó)一年的能量需求。目前，我國(guó)科學(xué)家正在探究從月壤中提取氦-3的方法。
無(wú)論是通過(guò)月壤催化劑、太陽(yáng)光、水、二氧化碳來(lái)制造氧氣和化學(xué)燃料，還是從月壤中開采氦-3這樣的資源，誰(shuí)先掌握這樣的技術(shù)，誰(shuí)就能在月球上搶占先機(jī)，我們不能再錯(cuò)過(guò)“大航天時(shí)代”了。
參考文獻(xiàn)
[1] Yingfang Yao, Lu Wang, Xi Zhu, et al. Extraterrestrial photosynthesis by Chang’E-5 lunar soil, Joule, 2022, DOI: 10.1016/j.joule.2022.04.011.
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