中秋賞月時(shí)，大家常常感慨于月亮的皎潔與迷人；在賞月懷古的同時(shí)，也讓人不經(jīng)想起作為基建大國(guó)的我們，心心念念的探月夢(mèng)和宏偉的月球基建工程。

那么月球上到底有什么，值得我們魂?duì)繅?mèng)縈？是舞翩翩的嫦娥？是呆萌萌的玉兔？是勤勤懇的吳剛？就在前段時(shí)間，國(guó)家航天局、國(guó)家原子能機(jī)構(gòu)聯(lián)合在京發(fā)布嫦娥五號(hào)最新科學(xué)成果：中國(guó)科學(xué)家首次在月球上發(fā)現(xiàn)新礦物，并命名為“嫦娥石”。

嫦娥石

圖為“嫦娥石”理想晶體圖

國(guó)家航天局、國(guó)家原子能機(jī)構(gòu) 供圖

嫦娥石”是一種磷酸鹽礦物，呈柱狀晶體，存在于月球玄武巖顆粒中。中核集團(tuán)核工業(yè)北京地質(zhì)研究院創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，通過(guò)X射線衍射等一系列高新技術(shù)手段，在十四萬(wàn)個(gè)月球樣品顆粒中，分離出一顆方圓約10微米大小的單晶顆粒，并成功解譯其晶體結(jié)構(gòu)。經(jīng)國(guó)際礦物學(xué)會(huì)（IMA）新礦物分類(lèi)及命名委員會(huì)（CNMNC）投票通過(guò)，確證為一種新礦物。

該礦物是人類(lèi)在月球上發(fā)現(xiàn)的第六種新礦物，我國(guó)成為世界上第三個(gè)在月球發(fā)現(xiàn)新礦物的國(guó)家，為和平利用和合作開(kāi)發(fā)太空資源貢獻(xiàn)了中國(guó)力量！讓我們給廢寢忘食的科研工作者們點(diǎn)贊！

圖為顯微鏡下的月球樣品

核工業(yè)北京地質(zhì)研究院 供圖

地球——人類(lèi)的祖地，是人類(lèi)起源和成長(zhǎng)的“搖籃”，作為從新生代開(kāi)始成長(zhǎng)發(fā)育的“大寶寶”，人類(lèi)在經(jīng)過(guò)數(shù)百萬(wàn)年的進(jìn)化后，終將離開(kāi)我們心心念念的“搖籃”，擁抱我們抬頭可見(jiàn)，卻又陌生的廣闊的宇宙。月球，作為從古至今另無(wú)數(shù)人遐想的地方，成為我們探索宇宙的跨出的第一步。作為有信仰的科研巨嬰，作為新一代的基建狂魔，沒(méi)有什么比在月球上開(kāi)礦更讓人激動(dòng)的事情了！

那么月球上到底有什么呢？要解決這個(gè)問(wèn)題，首先要從月球的起源說(shuō)起。

月球的起源與演化

月球是地球唯一的天然衛(wèi)星，它伴隨著地球走過(guò)了40多億年的歲月，現(xiàn)在仍然點(diǎn)綴著我們的夜空，見(jiàn)證了萬(wàn)物起源、生物滅絕、人類(lèi)崛起，它從未離開(kāi)過(guò)地球的身旁，是地球最忠實(shí)的伴侶。

對(duì)于月球起源與演化，現(xiàn)在還沒(méi)有完全的定論，當(dāng)下比較常見(jiàn)的假說(shuō)俘獲說(shuō)/配偶說(shuō)、同源說(shuō)/手足說(shuō)、分裂說(shuō)/親子說(shuō)和大撞擊說(shuō)等四種，除了最后一種說(shuō)法的名字看起來(lái)比較不“和諧”外，其他假說(shuō)的用詞不可謂不親切。但是恰恰是“大撞擊說(shuō)”在重重論證下，最終獲得了眾多科學(xué)家的青睞，成為較為成熟的月球起源學(xué)說(shuō)。

大撞擊說(shuō)認(rèn)為，在太陽(yáng)系形成早期，行星際空間有大量星云，星云經(jīng)過(guò)碰撞、吸積而逐漸增大，形成了星球的基礎(chǔ)。

大約在相當(dāng)目前地月系統(tǒng)存在的空間范圍內(nèi)，形成了一個(gè)質(zhì)量相當(dāng)于現(xiàn)在地球質(zhì)量9/10的“原地球”和另一個(gè)火星大小的天體“原月球”，可以說(shuō)是青梅竹馬，兩小無(wú)猜。這兩個(gè)天體在各自的演化過(guò)程中都形成了以鐵為主的金屬核和由硅酸鹽組成的幔和殼。由于這兩個(gè)天體相距不遠(yuǎn)，雙向奔赴就如同天注定地那般，無(wú)法阻擋的開(kāi)始了。

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劇烈的碰撞不僅使“原地球”的自轉(zhuǎn)產(chǎn)生了偏斜，而且使“原月球”碎裂，月幔和月殼變熱蒸發(fā)，膨脹的氣體“裹挾”著塵埃和少量的幔物質(zhì)飛離原月球。被分離的金屬核因受膨脹氣體的阻礙而減速，同時(shí)受地球引力影響，被“原地球”吸積并變成了地球的一部分。因此現(xiàn)在的月球有著地球的“骨肉”，地球有著月球的“靈魂”，兩者徹底難舍難分。而那些飛離的氣體塵埃物質(zhì)受地球引力的作用，呈盤(pán)狀分布在洛希極限以外的空間，它們通過(guò)吸積，先形成一些小天體，然后像滾雪球一樣不斷吸積增長(zhǎng)，最終形成現(xiàn)在的月球。因此，從起源研究上來(lái)說(shuō)，月球上的礦物資源與地球上的礦物資源有著較高的同質(zhì)性。

撞擊形成的月球早期發(fā)生了核幔分異，并出現(xiàn)全球性的巖漿洋，巖漿洋冷卻結(jié)晶形成以斜長(zhǎng)巖成分為主的月殼，鎂鐵質(zhì)礦物組成的月幔，殼幔之間充斥著鉀（K）、稀土元素、磷（P）等物質(zhì)。隨著月殼逐漸形成，月球南極—艾肯盆地、雨海、東海等大型盆地也在后續(xù)的演化中在月海玄武巖的充填下逐漸成形，塑造了現(xiàn)今月球表面的大尺度地形特征。

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月球的礦產(chǎn)資源

我們知道，巖漿作用是成礦的重要過(guò)程，新月球形成初期全球性的巖漿活動(dòng)也促使了大量月球礦物的形成。根據(jù)自20世紀(jì)六七十年代以來(lái)的研究成果，月球的礦物資源表現(xiàn)出獨(dú)特的特征。

月球礦產(chǎn)資源主要賦存于高地斜長(zhǎng)巖、月海玄武巖、火山碎屑巖、月壤及其組成礦物中，包括斜長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石中的鈉、鉀、鍶、鋇、鋁和 硅；KREEP 巖中的REE（稀土元素）、鈾、釷、鉀、磷；橄欖石中的 鎂及輝石中的 錳、鉻；還有月海玄武巖中的鈦鐵礦、鉻鐵礦中的金屬元素鐵、鈦、鉻 ，均是重要的礦產(chǎn)勘查和利用對(duì)象。

月壤中的一些磷酸鹽礦物中，還富集有稀土元素和鹵族元素，在一些火山碎屑巖中含有硫、金、鎘、鋅及溴等元素，也富含火山玻璃等礦產(chǎn)資源。同時(shí)在太陽(yáng)風(fēng)和撞擊作用長(zhǎng)期作用下，月球表面廣泛覆蓋著厚達(dá)5 10 m的月壤，其中含有大量“氦-3”?！昂?3”是一種核聚變的燃料，地球上“氦-3”的總量不超過(guò)500千克。然而，據(jù)估計(jì)，太陽(yáng)風(fēng)已經(jīng)向月球表面沉積了100萬(wàn)噸~500萬(wàn)噸“氦-3”。此外還有其他惰性氣體元素，以及碳、氫及氮和隕石中的鎳等元素。由于我們對(duì)月球的探索還處在初級(jí)階段，不難想象，隨著科研探索的深入，月球?qū)⒉怀鲆馔獾陌言刂芷诒砩系拇蟛糠肿匀辉亍鞍鼒A”。

月球可利用資源種類(lèi)及其利用途徑

那么這些礦物具體有什么用呢？

舉幾個(gè)例子，月球上的氫非常豐富，在開(kāi)發(fā)月球的過(guò)程中，對(duì)氫的需求量很大，生產(chǎn)推進(jìn)劑需要?dú)?，而且氫有多種工業(yè)用途。月壤中的鐵、鈦、鋁、硅、鎂、鈣以及稀土元素可以為新能源、航空航天、電子工業(yè)等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)提供必要的原料支持。通過(guò)利用、收集、加工、儲(chǔ)存和使用在其他天體（月球、火星、小行星等）上發(fā)現(xiàn)或制造的材料，還可以替代原本從地球帶來(lái)的材料，致力于持續(xù)的太空探索。

圖源《中國(guó)2098》

除了這些礦物之外，月球上還包含著“種菜”所必須的水——“冰”。水，作為生命之源，在月球資源利用的情況下，水通常的應(yīng)用包括：直接飲用、種植作物、生產(chǎn)氧氣，還可以直接作為燃料或燃料生產(chǎn)的原料，是許多其他工業(yè)過(guò)程中的生命支持。

近日，中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所科研團(tuán)隊(duì)對(duì)嫦娥五號(hào)月壤樣品開(kāi)展研究，通過(guò)紅外光譜和納米離子探針?lè)治?，發(fā)現(xiàn)嫦娥五號(hào)礦物表層中存在大量的太陽(yáng)風(fēng)成因水。（小貼士：月球表面能通過(guò)太陽(yáng)風(fēng)質(zhì)子與月壤礦物相互作用，使部分質(zhì)子能進(jìn)入礦物顆粒內(nèi)部的缺陷中，并與氧離子相結(jié)合來(lái)產(chǎn)生OH甚至是HO，且這部分 OH /HO相對(duì)穩(wěn)定。）該研究證實(shí)了月表礦物是水的重要“儲(chǔ)庫(kù)”，為月表中緯度地區(qū)水的分布提供了重要參考，也是我們探索月球資源的新一步。

月球極區(qū)水冰物質(zhì)含量分布圖

人攀明月不可得，月行卻與人相隨。目前，太空資源開(kāi)采的國(guó)際法還很不完善，太空資源的開(kāi)發(fā)原則是：誰(shuí)先擁有，誰(shuí)先開(kāi)發(fā)，在我國(guó)科學(xué)家的努力下，我國(guó)的航天航空事業(yè)已經(jīng)走在了世界前列，天高地迥，覺(jué)宇宙之無(wú)窮，月球只是人類(lèi)走向外太空的第一步，星辰大海正在前方！

Reference

[1] 我國(guó)首次發(fā)現(xiàn)月球新礦物“嫦娥石”成為世界上第三個(gè)在月球發(fā)現(xiàn)新礦物的國(guó)家.中央紀(jì)委國(guó)家監(jiān)委網(wǎng)站.2022-09-09.14:00 .https://www.ccdi.gov.cn/yaowenn/202209/t20220909_217015.html

[2] 月球的起源.中國(guó)科學(xué)院動(dòng)力大地測(cè)量學(xué)重點(diǎn)研究室

[3] 高楠 許英奎 羅泰義.月球礦產(chǎn)資源勘查進(jìn)展及展望[J].礦物學(xué)報(bào). 2022,42(02).

[4] 高楠 許英奎 羅泰義.月球礦產(chǎn)資源勘查進(jìn)展及展望[J].礦物學(xué)報(bào). 2022,42(02).

[5] 劉進(jìn)軍 郭建成 蔣崢.論月球的礦藏、資源與利用[J].衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò). 2021,(09).

[6] 歐陽(yáng)自遠(yuǎn) 曾獻(xiàn)棣 唐紅 李雄耀 王世杰.月表太陽(yáng)風(fēng)成因水的研究現(xiàn)狀和意義

[J].地球科學(xué)進(jìn)展. 2018,33(05)

[7] 我國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)嫦娥五號(hào)月壤礦物中存在高含量的水.央視新聞.

[8] 蘭順正.中俄簽署備忘錄，合力推進(jìn)月球開(kāi)發(fā).[J].世界知識(shí). 2021,(08)

撰稿：扁舟

美編：怪伽cc

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來(lái)源：石頭科普工作室

編輯：Garrett