月球样品是指中国通过实施
探月工程在月球表面及表面以下采集的,以及
国家航天局通过其他途径获得的月球物质,月球样品原则上分为永久存储、备份永久存储、研究和公益四种基础用途。
采样历程
2011年,探月三期工程正式立项,任务目标是实现月面无人采样返回。该工程规划了2次正式任务和1次飞行试验任务,分别命名为嫦娥五号、嫦娥六号和嫦娥五号高速再入返回试验。其中,
嫦娥五号规划为中国首个实施月面取样返回的航天器。
2020年11月24日4时30分,在
中国文昌航天发射场,
长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程
嫦娥五号探测器,火箭飞行约2200秒后,顺利将探测器送入预定轨道。12月2日22时,
嫦娥五号探测器完成月球表面自动采样,并按预定形式将样品封装保存在
上升器携带的贮存装置中。12月17日凌晨,
嫦娥五号返回器携带月球样品,采用半弹道跳跃方式再入返回,在
内蒙古四子王旗预定区域安全着陆。12月19日,月球样品正式交移交给
国家天文台。经初步测量,嫦娥五号任务采集月球样品重1731克。中国成为世界上继美、苏之后第三个采集月球样本的国家。
2021年1月18日,
国家航天局对外发布《
月球样品管理办法》。2月22日,中国国家博物馆GB93484号藏品
月壤运抵国博。
2021年7月12日,国家航天局探月与航天工程中心在京举行嫦娥五号任务第一批月球科研样品发放仪式,标志着月球样品科学研究工作正式启动。
2021年10月19日,中国科学院发布嫦娥五号月球科研样品最新研究成果,多项突破性进展给出了对月球演化的全新认识。研究发现,嫦娥五号月球样品为一类新的月海玄武岩,不同于美国和苏联采样任务返回的月球样品。科研人员对嫦娥五号月球样品玄武岩岩屑中50余颗富铀矿物进行分析,确定玄武岩形成年龄为20.30±0.04亿年,表明月球直到20亿年前仍存在岩浆活动,比以往月球样品限定的岩浆活动延长了约8亿年。
2024年6月25日,嫦娥六号从月球背面带回了1935.3克的背面样品,是人类首次从月球背面带回的月球样品。
2024年6月26日下午,探月工程嫦娥六号返回器举行开舱活动。探月与航天工程中心、地面应用系统、探测器系统代表签署了交接书。后续,地面应用系统的科研人员将按计划开展样品储存、分析和研究相关工作。
2024年6月28日,国家航天局在京举行探月工程嫦娥六号任务月球样品交接仪式。经初步测算,嫦娥六号任务采集月球背面样品1935.3克。在样品安全运输至月球样品实验室后,地面应用系统的科研人员将按计划开展月球样品的存储和处理,启动科研工作。这标志着嫦娥六号任务由工程实施阶段正式转入科学研究新阶段。
2024年10月15日,国新办举行国家空间科学中长期发展规划新闻发布会,国家航天局系统工程司司长杨小宇在会上表示,嫦娥六号任务转入科学研究阶段已经有三个多月,科学家对6月25日嫦娥六号带回的1935.3克的背面样品月球样品进行整理,初步的物理、化学成分和结构的探测已经完成。在这里也发现了大量的信息,比如说月球早期演化和月球背面火山活动的信息,也包含了记录采样点火山活动历史的玄武岩,还包括来自其他区域的一些非玄武岩物质。下一步,将按照国家的月球样品分发政策,开展后续研究工作。
2024年11月4日凌晨,中国空间站第七批空间科学实验样品随神舟十八号飞船顺利返回。本次下行科学实验样品共55种,涉及空间生命科学、空间材料科学、微重力燃烧科学等领域28项科学实验项目,总重量约34.6公斤。
样品特点
科研贡献
俄罗斯和美国的九个采样点,都在纬度30度的范围,嫦娥五号的采样点位于纬度43度的
风暴洋东北角的玄武岩区域。嫦娥五号的采样点不同于俄罗斯和美国,是全新的采样区域。全新的样品研究,对月球表面的风化作用、火山作用和区域地质背景、区域地质演化方面将会作出很多科研贡献。
存储管理
管理办法
2021年1月18日,
国家航天局于首次对外发布《月球样品管理办法》,鼓励中国国内国际科学家开展科学研究,力争取得更多科学成果。《
月球样品管理办法》由国家航天局制定,共9章37条,包含了月球样品保存、管理和使用的总体原则、信息发布、借用与分发、使用与返还、成果管理等方面内容。办法明确,按照基础用途:永久存储和备份永久存储样品作为原始样品进行封存;研究样品用于月球科学研究、分析;公益样品用于展览、科普、教育等公益性活动。
办法规定:“主存储机构接收月球样品后,按照不同的基础用途,进行为期不超过六个月的处理并形成相关信息。处理期结束后,探月中心通过数据信息平台向社会公布月球样品信息,并根据借用情况对样品信息动态更新。”
储存机构
国家航天局探月与航天工程中心受
国家航天局委托,实施月球样品的具体管理工作。月球样品存储在
国家航天局及其指定的存储机构。主存储机构设在
中国科学院国家天文台,另外设立备份存储机构。
存储基地
2021年12月25日上午,嫦娥五号备份存储月球样品在湖南省韶山市完成交接,这些月壤在韶山市天鹅山建成的全国唯一的月球样品备份存储基地正式“安家”。
异地灾备
经国家航天局经组织研究,除了位于北京的中科院国家天文台作为主要存储地点以外,还将在湖南韶山毛主席的故乡进行异地灾备,以告慰毛主席提出“可上九天揽月”的夙愿。
样品用途
科学研究
据2020年12月17日下午,
国务院新闻办公室举行的
新闻发布会消息,绝大部分样品会用于科学研究,科研人员会在实验室进行长期的、系统的对月球样品的研究工作,包括结构构造、物理特性、化学成份、同位素组成、矿物特点和地质演化方面,深化对月球的起源、演化方面的认识。
北京时间2021年10月8日凌晨,以嫦娥五号月球样品为研究对象发表的首篇学术成果《嫦娥五号年轻玄武岩的年代与成分》在线发表在国际学术期刊《Science》上。由中国地质调查局中国地质科学院地质研究所北京离子探针中心刘敦一研究员和地质所海外高级访问学者澳大利亚科廷大学Alexander Nemchin教授领衔的国际研究团队,对嫦娥五号月球玄武岩开展了年代学、元素、同位素分析,证明月球在19.6亿年前仍存在岩浆活动,为完善月球演化历史提供了关键科学证据。刘敦一研究员与Alexander Nemchin教授为本文的共同通讯作者,车晓超博士是本文的第一作者。
2021年10月19日,中国科学院发布了嫦娥五号月球科研样品最新研究成果。由中国科学院地质与地球物理研究所和国家天文台主导,联合多家研究机构通过三篇《自然》论文和一篇《国家科学评论》论文,研究证明嫦娥五号月球样品为一类新的月海玄武岩,对着陆区岩浆年龄、源区性质给出全新的认识,月球最“年轻”玄武岩年龄为20亿年,其晚期岩浆活动的热源源区并不富集放射性元素,并且月幔源区几乎没有水。
科普教育
有一部分样品将入藏国家博物馆,向公众展示,进行科普教育。
2021年9月28日-10月3日,月球样品实物在广东省珠海市举办的
第十三届中国国际航空航天博览会上展出。
2023年3月,据“中国探月工程”微信公众号消息,嫦娥五号任务月球样品第六批科研样品已完成准备工作,将相关信息上线发布。公众可通过访问中国探月与深空探测网,进入月球与深空探测科学数据与样品发布系统,获取有关信息,进行科研样品申请。
2023年11月28日,“逐梦苍穹 探索深海——中国航天航海科技荟澳”科普展览暨月壤入澳揭幕仪式在澳门举行。展览分为“逐梦苍穹”、“探索深海”、澳门专区三部分,在“逐梦苍穹”板块,公众能够近距离接触探月工程嫦娥五号任务取回的月球样品。
国际交流
据2020年12月17日下午,
国务院新闻办公室举行的
新闻发布会消息,依据国际合作的公约和多边双边的合作协议,将发布月球样品和数据管理办法,与有关国家和世界的科学家共享,也有一部分按照国际惯例,可能作为国礼相送。
2022年2月4日,俄罗斯总统普京访华时,中国赠送俄罗斯1.5克科学用月球样品。
2023年3月,中国国家主席习近平访俄期间,俄罗斯回赠中国1.5克科学用月球样品。
2023年4月,法国总统马克龙访华期间,中国向法国赠送了1.5克科学用月球样品。
2024年4月26日,嫦娥五号任务月球样品首次国际借用评审会议在中国地质大学(武汉)南望山校区举行。据俄罗斯卫星通讯社11日报道,将有来自美国、欧洲和亚洲的10位科学家陈述其关于月球样品的研究计划。
2024年10月10月14日至18日,第75届国际宇航大会在意大利米兰召开,中国探月工程嫦娥六号任务取得的重大成果成为全场瞩目的焦点。这是嫦娥六号从月球背面采样返回的月壤样品首次向全球展出,吸引了众多国家的航天机构和国际组织负责人以及与会代表参观。
科学意义
月球演化
1960年7月,美国启动
阿波罗登月计划。之后
地球物理学家获得关于
月球起源的大统一理论:小行星碰撞。这种大撞击理论的形成,部分来自于对美国宇航员在1969年到1972年期间带回来的382千克月岩的研究。
但是小行星撞击地球说不能解释
月球的化学构成,对于
月球从30亿年以来的演化情况也不甚清楚。
嫦娥五号登陆在月球
风暴洋吕姆克山脉,可能采回月球在大约11亿年前的
岩浆活动中所形成的岩石。这对于研究月球的演化历史具有重要作用。
月球开发
月壤位于
月球的最表层,是嫦娥五号探测器采样的重点。月壤与地球的土壤截然不同,地表的土壤是地表岩石受到
风霜雨雪等的
风化作用后破碎成为沙粒,这些沙粒与死亡生物的
有机质混合所形成的物质。但是月壤则主要是由小行星撞击月面以及在
真空中由
温差等因素风化所致。
研究这些月壤,一方面能够揭示出在月球上发生过的陨石撞击事件的细节,另一方面能够揭示在空间中的物质经历空间风化(温度、太阳风、宇宙射线等等的破坏作用)的过程,为星际建筑和设备抵御
空间风化做准备;另外,更为细小的
月尘则容易漂浮,在月球条件下,月尘的漂浮会导致宇航员视觉模糊、探测器光学元件污染、能源与热控系统衰退、
机械磨损和故障等,研究这些物质能够为将来的月球探测工作和
月球基地建设工作提供防尘的方案。
月壤和月尘可能是一种非常好的粉尘物质,能够用于3D打印或者是直接作为建筑材料。对它们进行深入研究,可能能够设计出相应的工艺来加快建设月球基地。可能要等待月球基地的建立之后,我们才会提出月球采矿的需求来,而在这之前,对于月壤的研究无疑能够有助于基地的前期建设工作。
社会影响
于我国来说,民众第一个比较在意的就是“月壤能不能种菜”。月球是科学家研究行星的对象之一,也是最接近地球的星体,但月球无法提供一个更好的生活环境,月球上的土壤也不能种菜。
月球的土壤与地球大相径庭。地球上的土壤富含很多维持生命的生物,符合一系列植物的生存环境,而就是这种原因致使植物生长会更加茂盛。
月壤中富含铁、钙、镁等一些
稀土元素,虽然也有一些元素在地球上没有,给月球增添了竞争的要素,但是月壤并不含有“维持生命”的要素。想要种植成功,必须满足空气、适宜的温度、水、有机转化物、复合肥等条件。
研究成果
2021年10月19日,中国科学院发布嫦娥五号月球科研样品最新研究成果,多项突破性进展给出了对月球演化的全新认识。嫦娥五号月球样品研究结果显示,月球直到20亿年前仍存在岩浆活动,晚期岩浆活动的月幔源区并不富含放射性生热元素,而且非常“干”。该系列研究由中国科学院地质与地球物理研究所和国家天文台主导,联合多家研究机构共同开展,相关成果形成4篇论文,在《国家科学评论》发表1篇,在国际学术期刊《自然》发表3篇。
月海玄武岩浆的持续时间和地球化学特征是理解月球热-化学演化的“钥匙”。此前的研究已证实,月球岩浆活动至少持续到大约28亿至30亿年前。但对于月球岩浆活动停止的确切时间,科学界一直存在争议。
研究发现,嫦娥五号月球样品为一类新的月海玄武岩,不同于美国和苏联采集返回的月球样品。科研人员对嫦娥五号月球样品玄武岩岩屑中50余颗富铀矿物进行分析,确定玄武岩形成年龄为20.30±0.04亿年,表明月球直到20亿年前仍存在岩浆活动,比以往月球样品限定的岩浆活动延长了约8亿年。
月球最晚期岩浆活动的成因一直是未解之谜,目前科学界存在两种可能的解释:月幔源区富含放射性元素以提供热源,或月幔富含水从而降低其熔点。
最新研究发现,嫦娥五号月球样品玄武岩的月幔源区并不富集“克里普物质”。由于“克里普物质”富含放射性生热元素,这一结果证明月幔放射性生热元素并不是形成嫦娥五号月球样品玄武岩的主要原因。
对于岩浆源区是否富含水,科研团队测定了嫦娥五号月球样品玄武岩中的水含量和氢同位素组成,发现月幔源区的水含量仅为1至5微克/克,也就是说月幔非常“干”。这一发现也排除了月幔富水而具有低熔点,导致该区域岩浆活动持续时间异常延长的猜想。
根据大撞击起源假说,原始地球与一个火星大小的星子碰撞,形成了一个围绕地球的、由高温岩浆和气体组成的“盘”。当温度开始冷却时,硅酸盐等物质首先聚集形成月球(图1),而水属于强挥发的物质,会以气态形式向太空逃逸而丢失。因此,这种方式诞生的月球,几乎不含水,是一个近乎干透了的星球。嫦娥五号月球样品的研究成果进一步为月球起源及演变提供了支撑证据,为月球热演化历史研究提出了新的科学问题,对未来的月球探测和研究提出了新的方向。
2022年2月28日,嫦娥五号月球样品揭示月球演化奥秘入选2021年度中国科学十大进展。
2022年4月15日,科学家通过对嫦娥五号月球样品的研究发现,月球表面的太空风化作用主要是受到了微陨石撞击、太阳风及宇宙射线的辐照等因素共同作用。
2022年7月,中国科研人员针对嫦娥五号月球土壤表面微结构研究取得新进展。他们在铁橄榄石表面发现了氧化硅非晶层,其中包裹着氧化亚铁颗粒。另外,科研人员在铁橄榄石中还观察到了分层的边缘结构,这或将有利于科学家们进一步了解月球演变的历史。
2022年,中国科学家在月壤粉末样品进行矿物学研究的过程中,于14万多个颗粒中成功分离出一颗方圆约10微米大小的单晶颗粒,成功解译了其晶体结构,确证其是一种新的矿物——嫦娥石。
2022年,一项对嫦娥五号月球样品的研究表明,嫦娥五号着陆区至少经历了四次火山岩浆喷发,并且该地区的岩浆喷发通量在月球火山活动晚期有显著增强。
2022年10月,中国科学院国家天文台消息,基于嫦娥五号月球样品的实验室分析结果,并结合遥感探测数据,中国科学院国家天文台研究员李春来、刘建军领导的研究团队,通过将月球返回样品的实验室光谱、X射线衍射和电子探针分析结果与以往获取的月球样品进行对比,证明嫦娥五号月壤的光谱特征主要是由其富含的富铁高钙辉石引起的,而非此前遥感探测推断的橄榄石富集。相关研究成果在线发表于《自然·通讯》杂志。
2023年3月23日,据中国科学院紫金山天文台消息,该台天体化学团队联合中国科学技术大学、美国佛罗里达大学、中国地质大学(武汉)和中国科学院南京地质古生物研究所,对嫦娥五号月球样品开展了详细的岩相学、矿物学、微量元素地球化学和同位素分析,揭示了嫦娥五号样品月幔源区特性和月球年轻火山活动奥秘。研究结果表明,月球岩浆洋早期结晶的富橄榄石堆晶具有轻Fe(铁)、重Mg(镁)的同位素特征,晚期富辉石堆晶具有重Fe、轻Mg的同位素特征。嫦娥五号月球样品的铁镁同位素组成表明其月幔源区可能为两种堆晶体的混合,晚期结晶的富单斜辉石堆晶比例可能为20%至30%。因富集单斜辉石堆晶可以显著降低月幔的熔点,从而可能对月球仍能产生年轻火山活动起到关键作用。
2023年3月30日,据最新一期英国《自然·地球科学》发表的研究论文介绍,中英科研人员从嫦娥五号带回的月球样品中发现,撞击玻璃珠是月表水的重要储存库。这些玻璃珠具备维持月表水循环的能力和潜质。
2023年6月,中国曾将嫦娥五号收集的月球样品赠送给法国科学界。样品总重1.5克,已被转移到法国自然历史博物馆,在特殊的空气环境中进行安全存放,以最佳状态长期保存。
2024年11月15日,我国科学家在嫦娥六号月球样品研究方面取得的重大进展——首次揭示月球背面同样存在着年轻的岩浆活动,为揭示月球二分性、完善全月演化框架提供了关键科学证据的相关研究成果在线发表于国际顶级学术期刊《科学》。12月20日,中国科学院专家利用嫦娥六号采回的月球背面样品做出的又一项创新成果刊登在国际学术期刊《自然》杂志。研究团队通过分析样品中记录的约28亿年前的磁场信息,发现月球磁场强度可能在该时期发生了反弹,与先前认为的月球磁场在约31亿年前急剧下降且一直处于低能量状态不同。这不仅是人类得到的首个月背古磁场信息,还为我们认识月球磁场演化过程提供了关键锚点。
样品发放
2023年6月26日,国家航天局探月与航天工程中心发布《关于发放第六批月球科研样品的公告》。经专家委员会评审,探月与航天工程中心审核,最终16家科研机构的60份申请获得通过,对应23名使用责任人,样品发放量共计12328.8mg。
2023年8月7日,中国工程院院士、深圳大学深地科学与绿色能源研究院谢和平前往国家天文台领取了100mg嫦娥五号月球样品,这也是深圳市高等院校、科研院所首次获批真实的月球样品。
截至2023年10月2日,国家航天局面向中国科学家已完成6批、258份,共77.68克月球样品的发放。为有效推进月球样品的联合研究和应用,促进科学成果的国际共享,中国国家航天局将面向国际开放嫦娥五号月球科研样品申请,具体要求和流程将在中国国家航天局网站发布。
2024年4月,探月与航天工程中心在北京组织召开了第七次月球科研样品借用申请评审会。经月球样品专家委员会评审,探月与航天工程中心审核并报国家航天局批准,最终13家科研机构的32份申请获得通过,对应17名使用责任人,样品发放量共计8293.5mg。
2024年6月28日,嫦娥六号任务月球样品交接仪式在北京举行,国家航天局向中国科学院移交了嫦娥六号任务月球样品容器,交接样品证书。经测量,嫦娥六号带回的世界首份月背样品重量为1935.3克。交接仪式完成后,月球样品由地面应用系统转运队送至位于国家天文台的月球样品实验室,这标志着嫦娥六号任务由工程实施阶段正式转入科学研究新阶段。
2024年7月10日,国科大杭州高等研究院举办新闻发布会,宣布嫦娥五号第七批月球科研样品正式发放至国科大杭州高等研究院物光学院舒嵘教授团队。两份嫦娥五号月壤样品已经存放在杭高院的实验室内,这标志着杭高院首次以第一申请单位身份成功获批嫦娥五号月球样品,也是浙江首次经国家航天局正式批准后收到的样品。此次杭高院接收的嫦娥五号月球样品共2份,其中200mg粉末样1,13mg光片样1。
2024年6月25日,嫦娥六号返回器携带约1935.3克来自月球背面的样品安全返回。这是人类目前为止采集到的唯一一批来自月球背面的样品,即将开放申请。
2024年12月27日,“中国探月工程”发布“关于发放国内第八批月球科研样品的公告”。公告显示,12月,探月与航天工程中心组织召开了第八次月球科研样品借用申请评审会。经月球样品专家委员会评审,探月与航天工程中心审核并报国家航天局批准,最终16家科研机构的45份申请获得通过。
机构借用
2021年12月16日,探月与航天工程中心(月球样品管理办公室)在北京组织召开了第三次月球科研样品借用申请评审会。经专家委员会评审,探月与航天工程中心审核,最终11家科研机构的17名使用责任人提出的33份申请获得通过,月球样品发放量共9.4453g。
根据公告要求,相关单位需在10个工作日内与探月中心签订月球样品借用协议,并领取月球样品证书,后续办理样品领取相关手续。