月壤研究：为登月和驻留做准备
2020年12月19日，探月工程嫦娥五号任务月球样品移交至任务地面应用系统。
新华社记者 岳月伟 摄
（来源：科普时报）2020年12月19日，中国国家航天局向中国科学院移交了“嫦娥五号”从月球上采集回来的1731克月壤和岩石样品，国家天文台建设了月球样品的实验室来保存分配这些月壤和岩石，并组织科学家开展科学研究。
月壤再临地球
上一次的月球采样，已经是半个世纪以前了。上世纪六七十年代，“阿波罗号”采回了月壤，美国送给中国科学家1克月壤。这1克月壤，在以欧阳自远院士为代表的中国科学家进行了集中研究，发表了很多学术论文，得到了很多关于月球的认识，也奠定了中国探月工程的基础。所以科技的大厦不是一天建成的，而是要长期地积累。
中国的探月工程在上世纪的六七十年代开始起步，然后逐渐积累。2004年中国探月工程立项，2007年发射了“嫦娥一号”卫星，2010年发射了“嫦娥二号”卫星，2013年中国的“嫦娥三号”和“玉兔号”月球车着陆月球正面，2019年的1月，我国的“玉兔二号”月球车和“嫦娥四号”着陆器，代表人类第一次登陆到月球背面。而随着“嫦娥五号”带着月壤返回地球，我国用16年时间完成了探月工程“绕、落、回”三个阶段。
有人说，1731克月壤是不是少了一点？美国已经采了两三百千克的月壤。但是，对于月球样品来讲，重量不是问题，因为现在的高精尖分析仪器，不用说1731克，170克样品就已经可以满足所有的分析需求了。我们更希望从月球上的不同地区，采集多样化的月壤，因为那里面有更丰富的信息。
为何要模拟月壤
现在有很多人都觉得，研究月球是多么高大上、多么光荣的一件事情，但在20年前，也就是我刚刚读研究生时，我国研究月球的人屈指可数，而且在做研究时第一没有样品，第二没有数据，第三也没有观测的仪器设备，所有的研究工作只能先站在前人的肩膀上。
在经过大量的调研之后，我们发现月壤是可以模拟的。
阿波罗登月和苏联无人采样采回来的月壤，其数据、成分都已公布。我们通过调研了中国东、南、西、北、中，各个地区的岩石矿物和土壤，发现在吉林省长白山地区有一种火山渣，成分跟月球上“阿波罗十四”登月点采来的一种月壤成分相近。以这个物质作为初始物质，经过加工，然后经过广泛的测试对比，我们研制成了中国的第一个模拟月壤。
模拟月壤不是只要颜色像、看起来好就可以了，而是要真的跟月球土壤颗粒的形状、大小、分类、成分等相似。当然，这种模拟仍然是有限的，因为它毕竟是在地球上形成的。
真实月壤是无价之宝，可能只有极少部分的月壤会被拿来进行科学研究。在用真实月壤之前，可以用模拟月壤先进行一些测试，如果模拟月壤测试成功了，我们才能用到真正的月壤上去。此外，我们要利用月壤进行原位资源的利用，3D打印提取和生产氧气和水等，这样的一些资源利用实验要消耗大量样品，最好也用模拟月壤来代替。
月壤闻起来什么味道
“嫦娥五号”带回了月壤，公众会有诸如“月球的土壤能不能种菜？能不能种水稻？能不能种土豆？”等问题，最有趣的则是“月壤闻起来是什么味道的？”
其实，我也不知道什么味道，即便是真正登陆月球的宇航员也不一定知道。因为月球上是真空，一旦航天服漏气，生命都无法保证。带回地球的月壤，也因为要完全隔绝地球的环境，一旦打开就不是月壤了。
我们只能依据经验来猜想，真正吸入月壤时，应该有一种比较刺激的感觉。因为月壤里面有很多氧化性的物质，特别是里面还有一些叫纳米铁的物质。在月球上的还原环境下，单质的铁可以稳定存在，但是一接触氧气马上就会被氧化掉。
研究月壤是为了更好地研究月球
同为星球土壤，月球土壤跟地球土壤有什么不同？
地球上的土壤都在风霜雨雪的风化下，经历了物理风化、化学风化、生物风化等过程，才形成了地球的土壤。月球的土壤没有水、空气和生物，跟地球土壤很不相同，这也是现在保存月球土壤的一个首要因素，要隔绝与地球大气、水，防止受污染产生化学反应。
月壤实际上是月球表面的岩石经过小行星的撞击、宇宙射线的太空风化、几十亿年的长期演化才逐渐形成的。月球表面都覆盖着一层月壤。未来人类要利用的月球资源，其实就是月壤，而我们用遥感卫星得到的所有数据，其实就是月壤发给我们的信息。
我们做出的模拟月壤，粉尘非常细，颗粒是几十微米，很有棱角，非常尖锐。因为它没有经历像地球土壤这样的磨损过程，纯粹是小行星撞击砸出来的。如果将模拟月壤掺入到月球车的轮子或者机械设备，或者放在太阳能电池板上，就会干扰月球车和月球探测器的相关工作。如果它进入航天员的呼吸系统，就会对航天员的健康造成损害。所以，我们必须要深刻理解月球的土壤和月层，才能更安全地在月球上进行驻留。
中国探月工程“绕、落、回”三步走已经圆满收官，但“探、登、驻”已在路上，探月阶段完成之后必然要进行登月和月球驻留工作，而对月壤的研究就是为了更好地研究月球。
（作者系中国科学院国家天文台研究员）
