12月17日1时59分,探月工程嫦娥五号返回器在内蒙古四子王旗预定区域成功着陆。回收后的嫦娥五号返回器,在完成必要的地面处理工作后,将空运至北京开舱,取出样品容器及搭载物。国家航天局将择机举行交接仪式,正式向地面应用系统移交月球样品,我国首次地外天体样品储存、分析和研究相关工作也将随之启动。

宝贵的月壤样本将揭开哪些谜题?

中国地质大学(武汉)行星科学研究所教授肖龙曾参与嫦娥五号科学目标论证和采样点选址工作。他告诉南方+记者,嫦娥五号着陆点的选择,经过了科学家和工程技术人员的多次讨论,主要考虑两个方面:一是确保工程安全,需要考虑到地形、光照、通讯等;二是远离早期美国和前苏联的采样点,获得不同的月球样本,为月球科学作出新的贡献。

经过科学论证,最终决定在月球正面西北部的吕姆克山脉附近着陆采样。吕姆克山脉位于风暴洋北部地区,以德国天文学家吕姆克之名命名。这一山脉面积约4000平方公里,高出周围的月海表面约200—1300米。吕姆克山表面存在撞击坑、皱脊、月溪、火山穹窿等多种地貌,其中,穹窿是最为突出的火山地貌。

肖龙介绍,阿波罗任务取得的样品大都是来自古老的月海区域,通过它们得到的认识是,月球在31亿年前就没有火山活动了。“而近年来的遥感数据分析显示,像嫦娥五号采样区,有可能存在距今12亿—15亿年的火山活动。但这些分析,最终需要样品研究的结果才能得到确认。”肖龙说。

他表示,嫦娥五号着陆点选择在更“年轻”的玄武岩区域,如果能够获得精确的玄武岩喷发年龄信息,证实在这一时间里仍有火山喷发,将会“重新认识月球火山喷发的历史”。

“如果样品研究支持或不支持通过表面撞击坑统计得到的月球年龄,都将对行星表面撞击坑统计定年方法提供新的制约。”肖龙说。

国家天文台已建成“月球样品实验室”

月壤样品如何储存处理?南方+记者了解到,中国科学院国家天文台已建成国内首个“月球样品实验室”,为避免月球样品受到地球大气、水等环境污染做好了准备,已具备“地外样品”存储、处理和分析的能力。

来自月球的样品长期存储和实验室分析与研究工作,属于探月工程五大系统之一的地面应用系统,由中国科学院国家天文台抓总研制。

在月球样品返回地球后,地面应用系统将与探测器系统完成月球样品交接,在月球样品实验室完成表取和钻取样品的解封、分样和存储。月球返回样品经初步测试分析、描述和建库后,根据授权进行发布,开展长期的实验室研究。

南方+记者了解到,中国空间技术研究院(五院)所属兰州空间技术物理研究所、中国科学院国家天文台研究人员曾发表论文介绍我国探月工程三期中月球样品的处理和保存的方法。

论文指出,由于月球表面的气体压力和成分与地球表面大气存在巨大差异,月球样品一旦与地球大气接触,则可能与大气中的水和氧等发生物理或化学反应,使样品失去原有的特性,导致科学研究价值降低。因此,在月球样品的处理和保存过程中避免样品污染,最大限度保持样品的科学研究价值,是中国探月工程重点关注的问题之一。

到目前为止,只有美国和前苏联成功实现国月球样品采集和返回,其中美国历次阿波罗载人登月计划,在月球表面总共采集了约382千克的样本;苏联通过无人探测器共采集并返回了326克样本。

世界上大部分阿波罗月球样品都保存在美国约翰逊航天中心,其早在1964年就开始着手开展月球样品的保存和管理工作,积累了丰富的月球和地外样品处理及保存经验。

上述论文指出,中国探月工程三期的月球样品初步处理和保存装置,结合中国实际,借鉴了美国阿波罗月球样品处理和保存经验。以月球样品初步处理装置中手套箱为例,其内高纯氮气环境维持水平达到或部分优于阿波罗月球样品处理高纯氮气环境维持水平、中国月球样品存储室采用符合中国银行储藏室标准完成建造,可保护月球样品不受自然灾害的威胁。

中国月球样品实验室主要由杀菌和消毒实验室、密封封装装置解封和样品初步处理实验室、临时存储和永久保存实验室、科学分析与研究实验室、手套箱高纯氮气供给实验室等组成。

实验室的主要任务有:

1.接收采集了月球样品的密封封装装置,并完成杀菌和消毒处理; 2.在真空环境下实现密封封装装置的解封,在高纯、氮气环境中取出月球样品; 3.月球样品的收集、检 查、分类及初步处理; 4.月球样品的保存; 5.对月球样品进行科学分析和研究; 6.公布月球样品的相关信息; 7.为科研和教育准备并分发样品。

肖龙向南方+记者介绍,月球样品成功返回后,科学家将首先对样品进行分类、编录,按照“先无损分析,后有损分析”的基本流程,开展月壤粒度、种类,以及矿物组成、元素和同位素组成、样品形成年龄等方面的研究。