「本文来源：北京日报客户端」年12月17日，内蒙古四子王旗迎来了一位特殊的“客人”：经过近一个月的太空漫游，嫦娥五号返回器顺利着陆。久别重逢，它给地球带回了一份厚礼——克月球样品，将揭秘月球、地球甚至太阳系的“钥匙”交到了科研人员手上。这是我国首次实现地外天体样品采集，也是人类44年来再次获得新的月球样品。年12月17日晚，在完成必要的地面处理工作后，回收后的嫦娥五号返回器被运回其诞生地——位于北京的中国空间技术研究院，并在这里进行了开舱，取出样品容器及搭载物。（和冠欣摄）拿到样品后，中国科学院国家天文台、中国科学院地质与地球物理研究所等单位的科研人员日夜奋战，短时间内获得了关于月球年龄、火山活动等月球科学的全新认识。今年10月，相关研究成果分别在《国家科学评论》和《自然》杂志上发表。11天的“解锁”年12月19日，装有月球样品的采样封装装置，由国家航天局局长张克俭交到了中科院院长侯建国手上。作为嫦娥五号任务的地面应用系统，中科院国家天文台成为月球样品在地球上的第一个“家”。过去7年里，国家天文台副研究员、嫦娥五号地面应用系统主任设计师周琴似乎一直在为这一天做着准备。等这一天真正到来了，短暂的兴奋过后，周琴感受到的更多是压力。要一睹月壤的真容就颇费了一番功夫。相比月面几乎无氧和接近真空的环境，地球表面包裹着大气层，大气环境中的水分和氧气对于这份“太空礼物”来说，都是潜在的威胁，一旦接触，就可能会造成污染、变质，导致月球样品科研价值大打折扣。为此，在嫦娥五号升空时，科研人员为其专门设置了一套采样封装系统装置，将采集到的月壤物质进行自动封装，确保样品安然无恙回到地球。看似不大的一个柱状体，内部却机关重重：铲取样品和钻取样品分别置于两个不同的密封容器内，两个容器又被共同密封在一个装置里——要见到真容，团队首先要破解这三道门锁。“解锁”环节被安排在了国家天文台月球样品实验室里。该实验室由科研人员耗时5年打造而成。走进实验室，细长的走廊两侧密布着一间间不大的屋子，“地外样品存储和解封室”是其中一间。房间里，硕大的透明箱体连接着一个个饱满的黑色手套，“这是我们的解封操作手套箱，里面充有高纯氮气，气压比正常大气压略微高一点，可以避免外部空气进入到手套箱里。”周琴介绍，与充氮的舱体相连接的是解封舱，在解封的时候，科研人员要将舱体抽到接近真空的状态，再利用机械臂将密封装置打开。听上去不难，实际操作却复杂得多。“整个过程都要戴着手套操作，加上是第一次使用这套装置，所以我们心里其实挺没底的。”周琴说，设计密封容器的工作人员曾给他们“支招”，“解开卡扣的时候，用力不能太大，也不能太小，要适度。”而这其中的分寸，只能靠自己拿捏。按捺着一睹真容的迫切心情，科研人员有条不紊、一丝不苟地尝试着。11天后，细小的颗粒、粉末终于在他们眼前散发出神秘、幽暗的光亮，急切地想要诉说背后凝固的光阴故事。嫦娥五号月壤样品。（中国科学院科学传播局科技摄影联盟供图）然而，工作才刚刚开始。表征和分样是第一步。所谓表征，就是为样品建立一个初步档案，记录样品的重量、颜色、颗粒大小等。而分样则是要把余克的样品按照不同的用途进行分装，这可是个耗时的活儿。样品很细，在分装时难免会粘在容器上，为此，团队精心设计了分选流程，尽量避免重复操作，“颗粒必较”。实验流程结束，所有的样品工具要用酒精进行多次冲洗后，再进行蒸发，“有时候看着工具很干净了，其实上面还沾着我们肉眼看不到的细小颗粒。”周琴说，从拿到样品到分发样品，中间的几个月，她和同事一直都没闲着，就连春节也只歇了一天。好奇心、使命感以及参与到这千载难逢机遇中的荣幸，驱使他们步履不停。30毫克的勇气为月球样品进行深度体检、完善档案是团队迫在眉睫的工作。然而，如何为样品“体检”，却让国家天文台研究员、探月工程三期副总设计师兼地面应用系统总设计师李春来犹豫了好几个月。李春来解释，确定样品的物理信息并不难，很多仪器都可以在无损的条件下，检测出样品的密度、表面积、颗粒大小等，难的是化学分析。一般来说，常用的光谱和质谱分析方法，都需要对样品进行预先处理，损耗一定量的样品；中子活化的方法虽然不会损耗样品，但有些重要元素，比如硅、磷等的信息难以获得。“几万人的队伍花了十几年的时间，耗费了大量精力进行技术攻关，最终才取回了这些月球样品，对我们来说，每1毫克都很珍贵，每1毫克都不容浪费。”更让李春来为难的是，如果进行X射线荧光光谱分析，通常的技术至少需要毫克的样品，这对于他来说简直是个天文数字。“要消耗毫克我是坚决不干的。”然而，他内心又隐隐有着不甘。样品连基础分析都没有，后续的研究就是一纸空文。李春来一边纠结地带着团队用中子活化方法做着分析，一边思考和探索着新的可能性。在听说新的技术能将光谱分析的样品量减少至30毫克时，李春来最终下了决心。“这个工作如果我们不来做，其他单位是没有条件和能力来完成的；这个工作又很重要，为后续的研究搭建了框架。我们得有这个责任和担当。”嫦娥五号月球样品就此有了自己的完整档案：与美国“阿波罗（Apollo）”和苏联“月球（Luna）”号月球探测器取回的月球样品相比，嫦娥五号月球样品粒度更细，平均粒度在50微米左右；从矿物学、岩石学和地球化学特征来看，嫦娥五号玄武岩是一类新的岩石类型，呈现出“高铁低镁”的特性，这说明样品形成的时期相对较晚。这一发现与后续对样品的年龄测定结果相吻合；样品中某些元素之间的相关性，表明不同结构的玄武岩来自同一次岩浆喷发事件……有人质疑，一般来说，样品越多，其实验结果的代表性才越强，一份样品的检测结果如何具有代表性？李春来解释，一方面，团队将X射线荧光光谱分析结果与中子活化分析结果进行了交叉比对；另一方面，团队在样品的均匀度和选取的随机性上下足了功夫。让人略感欣慰的是，“服役”后的30毫克样品并没有消失，只是换了种形态存在，可以继续用于科研分析。它们被科研人员小心收藏，成为中国月球科研之路的最好见证。53小时的速度年7月14日15时5分，中科院地质地球所离子探针实验室的操作台前，所长吴福元、学术委员会主任李献华领衔的月球样品研究团队主要骨干成员一起紧张地盯着电脑屏幕，激烈的讨论过后，现场一片安静，偌大的房间里只听得见呼吸声。在众人期盼的目光注视下，仪器第一个测试数据即将完成。实验室主任李秋立的手心微微攥出了汗。李秋立和刘宇。（牛伟坤摄）“20亿年！”第一个数据跃然屏上。紧皱的眉头松开，笑容堆上每个人的脸庞。“不敢相信这是真的！”李秋立的自我怀疑不无道理。这个数据意味着嫦娥五号取回的月球样品年龄只有20亿年左右，比之前人类获得的最年轻样品还要年轻8亿年以上，这将是一个令科学界震惊的数据。团队成员不敢懈怠，类似的分析接下来又被进行了两百多次，来反复确认这个结果的准确性。值得一提的是，得出这一数据，距离他们拿到样品只有53个小时。今年7月12日，经过审核，包括中科院地质地球所在内的13家科研机构领取到了经国家天文台分选后的31份样品，意味着月球样品科学研究工作正式启动。这一天，所里一向沉稳的马红霞也有些激动。作为技术员，她将是所里最早跟样品亲密接触的人——在进入仪器进行更加深入的检测之前，样品要先经她的手制成标准的样品靶。马红霞正在工作中。（牛伟坤摄）从一瓶细如尘埃的样品中挑出最可能有用的颗粒，这是个考验耐心的技术活儿。性格平和、说话慢条斯理的马红霞似乎就是为这份工作而生，她已经在这个行当里耕耘了14年。吴福元曾戏谑地说道，“这样的技术员是所里的宝贝，国内外很多科研机构遇到分离样品的难题时，都要找到所里来借鉴经验甚至借人。”马红霞此次任务艰巨。地质地球所此次研究的目标之一是为样品测出年龄。李秋立解释，如果将岩浆比喻为星球的血液，那么月球的血液早已凝固；也就是说，月球在地质意义上已经死亡。但是想要探究“月球上的岩浆活动是何时停止的”，就需要知道月球上最年轻的岩石年龄，以此来确定岩浆最后活动的时间。要确定一块岩石的绝对年龄，最精确的方法是放射性同位素定年。经过长时间的检验，最好用的是铀（U）衰变到铅（Pb）的体系。因此，具有高U含量和非常低初始Pb含量的含锆矿物是确定年龄的重中之重。当天下午，一切准备就绪。马红霞带着自己打磨的一粗一细两把镊子，静静地走进了盛放样品的超净实验室。“颗粒更小，质地也更疏松。”刚上手，马红霞就得出了结论，但是她一点儿也不慌，多年累积的经验让她的双手练就了平稳如镜的能力。她屏息静气，速度慢了下来，稳稳地在一堆比面粉还细的样品中挑选着。“样品太细了，吹口气可能就没了。”她不仅要将这些最可能有用的颗粒规律排放，浇筑成标准的树脂靶，还要抛磨露出每个颗粒的最大面以方便之后的研究。这些样品将述说怎样的月球故事？接下来的研究便交到了其他同事手上。工欲善其事，必先利其器。“离子探针超高空间分辨率定年技术”是让样品开口说话的关键利器。通过改进离子探针分析仪器的关键硬件，可以对小到3微米的颗粒进行精准分析，高级工程师刘宇是这背后的技术支撑。“从5微米到3微米，我们花了整整10年时间。”刘宇言语间难掩自豪，“现在的精度在国际上也是最高的。”尽管经过了多次演练，但为了将仪器调整到最佳状态，刘宇提前10天就开始了准备。有了这样的技术储备，科研人员才能对超小尺寸的样品“指哪打哪”，对月壤的关键部位进行检测。经过对所有实验结果的统计分析，团队给出了嫦娥五号着陆区玄武岩的精准年龄：20.30±0.04亿年。也就是说，月球直到20亿年前仍存在岩浆活动，比科学家此前认为的岩浆活动停止时间延长了8亿年。这还不是月球故事的全部。多出来的8亿年是怎么来的？月球的火山活动为什么能够持续如此之久？李秋立说，关于月球最晚期岩浆活动的成因，此前科学界存在两种最被看好的解释：一种可能是，岩浆的源区中富含放射性元素，为岩浆的产生提供热源；另一种可能是，岩浆源区中富含水，因此降低了岩石的熔点。然而，基于地质地球所研发的“超高空间分辨同位素分析技术”和“纳米离子探针分析技术”分析发现，这两种假说都不成立。既不是放射性元素，也不是水，那么到底是什么导致月球寿命的延长？这无疑为全世界科学家指出了新的研究方向。43年后的回望对中国科学院院士、嫦娥工程顾问欧阳自远来说，再一次见到来自月球的礼物，具有特别的意义。“我感到非常振奋。”在中科院举行的嫦娥五号月球样品研究成果发布会上，受邀出席的欧阳自远激动不已。“这是我们自己取回来的样品，取得的成果又很有价值，所以我的心情跟当时完全不一样。”欧阳自远口中的“当时”，是一段43年前的往事。年，时任美国总统卡特的安全事务顾问布热津斯基访问中国，向中国赠送了1克月球岩石样品。当时，国内并没有人从事过月球样品的研究，“专门研究从天上掉下来的东西”的欧阳自远成了第一人选。40多年过去了，欧阳自远至今记得第一次见到它的样子：“放在有机玻璃中的样品看上去有小拇指那么大，我高兴死了，那能做多少事情呀。”结果，当他砸开有机玻璃，小石头滚出来，只有一个黄豆粒大小。再一称重，只有1克。连这1克，欧阳自远也不舍得全部用完，“0.5克就足够了，另外0.5克公开展示，让大家都看一下什么是‘月亮的石头’。”利用这0.5克，欧阳自远集结来自全国的科研力量，发表了14篇论文，知道了美国人“什么都没说”的那些“秘密”，这样的产出让美国国家航空航天局（NASA）都感到惊讶。“这个没啥诀窍，功夫下到了，很容易就搞清楚了。”然而，在欧阳自远看来，那次研究更像是一次“应考”；如今，中国人自己取回样品，向世界展示的是中国科研人员高水平的团结协作。作为中国人全面主导的原创性工作，该系列成果也得到了国际专家的高度评价。美国新墨西哥大学月球与行星科学研究所高级研究员查尔斯·席勒、卡内基研究所研究员理查德·加尔森等人认为，该成果“提供了迄今为止从月球上确定的最年轻的玄武岩的证据”，“加深了我们对月球的热历史和岩浆历史的认识”，“对我们认识月球起源和演化具有重要的意义”。德国拜罗伊特大学教授、国际知名行星科学家奥德蕾·布维尔表示，这些研究结果也为月球年轻岩浆活动的成因提出了新的问题和研究方向。美国加州大学戴维斯分校教授、国际知名同位素地球化学和宇宙化学家尹庆柱认为，迄今为止，关于月球在30亿年前到10亿年前之间到底有没有岩浆活动，火山喷发的数据记录是一片空白。中国科学家发表的研究成果填补了这项空白。这一重大发现对于太阳系行星表面陨石坑撞击年龄的绝对标定，以及对于进一步研究月球的热历史演化都具有非常重要的意义。更多的探索还在路上。李春来透露，两三年内，嫦娥六号将从月球背面带回样品，再次填补国际空白；不远的将来，我们还会在月球表面建立永久性的科研站，甚至将月球打造成向更远的深空探索的中转站。科学家们正努力把月球的故事讲下去……
转载请注明：http://www.abachildren.com/jbzs/6712.html
联系电话：