複製鏈接
請複製以下鏈接發送給好友
https://baike.baidu.hk/item/月球土壤/16914774
複製
複製成功

月球土壤

鎖定
月球土壤（lunar soil [64]  ，簡稱月壤）是指月球上所特有的土壤，研究發現，月壤中存在天然的鐵、金、銀、鉛、鋅、銅、銻、錸等礦物顆粒。
月球土壤與地球土壤的形成過程不同，月壤是在隕石和微隕石的頻繁撞擊、撞擊濺射物堆積、宇宙射線和太陽風的轟擊，以及劇烈的温差促使月表岩石熱脹冷縮破碎等機械作用下最終形成。 [61]  月壤的早期研究基本上確定了月壤是三類主要物質的混合物，即高地岩石和角礫岩、克里普巖(KREEP)以及月海玄武岩和火山玻璃。其次，外部高能粒子可以對月壤產生重要的影響。月表的真空環境有利於月壤接受太陽風、地球風、宇宙射線的輻射及改造。 [51]  月壤的化學成分、岩石類型和礦物組成複雜，每一個月壤樣品都由多種岩石和礦物組成。 [53]  此外，土壤中富含氦-3，氦-3因為在聚變過程中不產生中子，放射性小，被視為一種高效、清潔、安全、廉價的可控核聚變發電燃料。 [66]  但不含任何有機養分，而且非常乾燥，無法種植物。 [67] 
截至2024年6月，美國阿波羅計劃總共採了300多公斤月球樣品 [67]  ，蘇聯採回了三次月球樣品。2020年，嫦娥五號順利返航帶回總共1731克月球樣品，讓中國成為繼美國、蘇聯之後，第三個能夠成功在月球表面採集土壤和岩石樣品並帶回地球的國家。 [66]  月壤對研究太陽系空間物質和能量也有幫助；也可以讓人們更好地瞭解月球的歷史與地月系的演化過程。 [67] 
中文名
月球土壤
外文名
lunar soil
學    科
行星地質學
性    質
月球的土壤
簡    稱
月壤
特    徵
含有多種新的礦物種類

目錄

  1. 1 形成演變
  2. ▪ 綜述
  3. ▪ 主要來源
  4. ▪ 演變
  5. 2 厚度及分佈
  6. 3 外觀顏色
  7. 4 成分構成
  8. ▪ 綜述
  9. ▪ 基本顆粒
  10. ▪ 水
  11. ▪ 化學組成
  1. ▪ 礦物組成
  2. 5 物理力學特性
  3. ▪ 綜述
  4. ▪ 粒度和粒形
  5. ▪ 密度
  6. ▪ 相對密度
  7. ▪ 孔隙比和孔隙率
  8. ▪ 抗壓性、抗剪性
  9. ▪ 温度
  10. ▪ 電學特徵
  11. 6 成熟指標
  12. ▪ 平均粒徑指標
  1. ▪ Is/FeO比值
  2. ▪ 粘合集塊巖含量
  3. 7 太陽風成分
  4. 8 分類
  5. 9 資源種類
  6. ▪ 氣體資源
  7. ▪ 礦物資源
  8. 10 社會價值
  9. ▪ 科研價值
  10. ▪ 能源價值
  11. ▪ 建築價值
  1. 11 科學研究
  2. ▪ 採樣歷程
  3. ▪ 採樣方式
  4. 12 相關文化
  5. ▪ 文化活動
  6. ▪ 神話傳説
  7. 13 研究成果
  8. ▪ 研究現狀
  9. ▪ 重大事項

月球土壤形成演變

月球土壤綜述

月壤覆蓋在整個月球表面，是由岩石碎屑、礦物顆粒、玻璃、隕石碎片、粘合集塊巖等組成的鬆散堆積物。與地球土壤的形成過程不同的是，月壤是在氧氣、水、風和生命活動都不存在的情況下，通過以上三個過程(隕石和微隕石撞擊、宇宙射線和太陽風持續轟擊、大幅度晝夜温差變化導致岩石熱脹冷縮破碎)共同作用於月球表面而形成的。因此，月壤的形成主要受機械破碎作用控制，其中隕石和微隕石撞擊起主導作用。 [52]  與地球土壤的形成過程不同，月壤是在隕石和微隕石的頻繁撞擊、撞擊濺射物堆積、宇宙射線和太陽風的轟擊，以及劇烈的温差促使月表岩石熱脹冷縮破碎等機械作用下最終形成的。 [61] 
月壤的太空風化作用及對內部物質示意 月壤的太空風化作用及對內部物質示意
在土壤給人的直觀感受上，中國嫦娥六號任務總設計師胡浩認為，在採樣過程中月球背面和正面的月壤不太一樣，正面月壤比較細膩、鬆散，而月背土壤的狀態似乎並非這樣。 [50] 
中國嫦娥五號着陸器拍攝的採樣點的彩色照片 中國嫦娥五號着陸器拍攝的採樣點的彩色照片

月球土壤主要來源

月壤物質主要來源於下伏基岩及其鄰近地區，遠距離搬運的外來物質所佔比例很低。月球樣品研究表明，月壤中超過50％的組成物質來自以採樣點為中心、半徑為3km的區域內；來自100km以外的濺射物僅佔全部組成物質的5％；來自1000 km以外的濺射物僅佔0．5％。因此，月壤的礦物組成和化學成分可以反映下伏基岩的物質組成。 [52] 
阿波羅11、12號着陸在月海玄武岩地區，採集的月壤樣品以月海玄武岩碎屑及鐵鎂質礦物(如輝石、橄欖石等)為主；阿波羅16號着陸在月球高地，阿波羅14號着陸在雨海盆地濺射物堆積形成的山脊上，這些地區採集的月壤樣品以斜長巖碎屑和斜長石佔優勢；阿波羅ol5、17號着陸在月海平原和高地的結合帶，這些地區的月壤物質明顯是月海和高地兩端元的物質混合，同時含有月海和高地的岩石碎屑和礦物。 [52] 

月球土壤演變

隕石和微隕石撞擊使月壤產生一些明顯變化：
1)大塊岩石和粗顆粒月壤被粉碎成小顆粒、細顆粒；
2)大型隕石撞擊使月表岩石和月壤部分熔融，膠結形成角礫岩；
3)微隕石撞擊使撞擊靶月壤顆粒部分熔融，熔融物質使細顆粒月壤膠結形成粘合集塊巖；
4)各種強度的撞擊事件使濺射物和撞擊靶汽化，散落於月表月壤顆粒表面；
5)中等以上強度的撞擊形成直徑數米以上的撞擊坑，濺射物覆蓋臨近地區的月表月壤，這類撞擊挖掘被掩埋的原有月壤，使其再次暴露月表接受宇宙射線、太陽風和微隕石的作用；
6)連續的撞擊事件使月壤縱向翻騰、隨機混合；
7)大型撞擊事件穿透月壤層，粉碎下伏基岩並使基岩物質出露於月表，從而形成該地區的特有月壤；這類撞擊也可能使撞擊區月表物質大面積熔融，冷卻形成熔融被覆蓋月表；撞擊事件產生的濺射物在其散落月表時又可能形成二級甚至三級撞擊坑，擊能量逐步降低。 [52] 
月球表面大型隕石撞擊過程 月球表面大型隕石撞擊過程

月球土壤厚度及分佈

月壤的堆積速度極其緩慢，大約1億年可以堆積到1.5~3米厚。 [61] 
月壤的形成是十分漫長的過程，在月球形成後最初的15億年(距今46億一3l億年前)中，劇烈的火山岩漿活動、地質構造運動和小天體撞擊事件，強烈改變着月球的內部結構和表面形貌。而距今31億年以來，月球內部能量近於衰竭，幾乎成為一個僵死的天體。因此，月壤厚度的主要增長期是雨海紀(39.5億一31.5億年)。月壤厚度研究對恢復月球起源和演化歷史、推測和反演地球歷史尤其是最初15億年的歷史具有特別重要的意義，對地球和地月系的起源和演化、全球變化研究有直接的借鑑意義。 [52] 
月壤厚度積累過程可粗略分為兩個階段。
第一階段為基岩裸露或月壤層較薄時(厚度小於幾cm)，各種強度的隕石撞擊可輕易穿透月壤層，破壞並粉碎基岩，月壤厚度快速增加；第二階段為當月壤厚度增加到1 m或數m時，只有少數大的隕石撞擊才能穿透月壤層並破壞基岩。這一階段的隕石撞擊一般只能使原有月壤混合均勻，平均顆粒直徑減小，月壤厚度增長緩慢。研究表明，月球正面的月壤厚度和表面年齡有關。表面年齡越古老，遭受撞擊，尤其是遭受對月壤厚度增長起決定性作用的大型撞擊事件的幾率越高，月壤厚度越大。高地月壤厚度普遍大於月海月壤厚度，就是高地年齡普遍大於月海年齡的反映。然而，月表年齡並不是決定月壤厚度的惟一因素，還與其他特徵(如當地基岩的結構、強度和組成)有關。例如，靜海雖然是月球上最古老的月海之一，但該地區的月壤厚度甚至還略低於相對年輕的風暴洋地區。此外，月壤厚度還與該地區和大型撞擊盆地之間的距離遠近有關，厚度最大的地區通常與大型撞擊盆地的濺射物堆積有關。 [52] 

月球土壤外觀顏色

在顯微鏡下，月壤顏色有黃色、褐色、白色。 [60] 
顯微鏡下月球樣品 顯微鏡下月球樣品
黃色的一般是橄欖石
褐色的一般是玻璃
白色的一般是斜長石
深色的一般是輝石 [60] 

月球土壤成分構成

月球土壤綜述

月壤中存在着天然的Fe、Au、Ag、Pb、Zn、Cu、Sb、Re、Ce 礦物顆粒，不富含其他的有機養分,表面非常乾燥。對比於土壤來説，月壤顆粒更細小且直徑也不足1 mm。 [53] 
月壤的早期研究基本上確定了月壤是三類主要物質的混合物，即高地岩石和角礫岩、克里普巖(KREEP)以及月海玄武岩和火山玻璃。其次，外部高能粒子可以對月壤產生重要的影響。月表的真空環境有利於月壤接受太陽風、地球風、宇宙射線的輻射及改造。太陽風和宇宙射線可以顯著改變月壤的氫、碳、氮及稀有氣體(氦、氖、氬)等揮發分含量和同位素組成。此外，微隕石撞擊作用也能夠明顯改變月壤組成及性質。微隕石撞擊可使月壤發生翻耕作用，改變月壤的成熟度及暴露年齡。並且微隕石這類外來物質也可以改變月壤的礦物組成和地球化學成分。 [51]  月壤的化學成分、岩石類型和礦物組成複雜，每一個月壤樣品都由多種岩石和礦物組成。 [53] 

月球土壤基本顆粒

組成月壤的基本顆粒包括：
1)礦物碎屑(這裏定義為含某種礦物80％以上的顆粒，主要為橄欖石、斜長石、單斜輝石、鈦鐵礦等)；
2)原始結晶岩碎屑(玄武岩、斜長巖、橄欖岩、蘇長巖等)；
3)角礫岩碎屑、各種玻璃(熔融巖、微角礫岩、撞擊玻璃、黃色或黑色火成碎屑玻璃)；
4)獨特的月壤組分——粘合集塊巖；
5)隕石碎片(隕硫鐵、橄欖石、輝石、錐紋石、鎳紋石、合紋石等)。
這些不同的顆粒根據其起源可分為兩類：月壤起源的和基岩起源的。月壤起源的顆粒是指隕石撞擊原有月壤後形成的物質，包括粘合集塊巖、月壤角礫岩碎屑和玻璃；基岩起源的顆粒包括火成岩碎屑、單礦碎屑角礫岩、復礦碎屑角礫岩和原始結晶岩碎屑。由於月壤樣品中的火成岩碎屑顆粒直徑普遍<250弘m，而當碎屑粒徑小於250btm時，岩石類型的辨認存在一定的困難，這時，一般採用碎屑中單礦物的化學成分來判斷岩石類型。 [53] 

月球土壤水

通過紅外光譜和納米離子探針分析，中國科學院地球化學研究所科研團隊發現，嫦娥五號礦物表層中存在大量的太陽風成因水，根據估算，太陽風質子注入為嫦娥五號月壤貢獻的水含量至少為179ppm（濃度單位），相當於每噸月壤中至少含有170克的水。 [70] 

月球土壤化學組成

利用繞月探測器的反照率數據、NIR-VIS-UV光譜、二次X射線熒光等遙感信號研究月表物質組成和特性時，往往把Apollo和Luna採樣區月壤(特別是月壤樣品中的細顆粒相)的平均組成和平均理化性質作為遙感信號反演結果校正的月面真值(GroundTruth)。校正質量的優劣取決於這些“月面真值”能在多大程度上代表這些採樣區的平均情況。雖然繞月探測器和地基對月觀測的空間分辨率遠遠大於Apollo和Luna採樣區的面積，但月表各採樣區的平均礦物組成和平均化學成分仍然是進行遙感信號反演結果校正的最佳近似值。 [53] 
科學家根據Apollo和Luna計劃月球樣品的化學分析結果，估算了月表各採樣區的月壤平均化學組成，以及Apoll015、16、17採樣區部分採樣點的月壤平均化學組成。 [53] 
阿波羅採樣區部分採樣點的月壤平均化學組成及其質量分數

阿波羅11着陸點
阿波羅12着陸點
阿波羅14着陸點
阿波羅15着陸點
阿波羅16着陸點
阿波羅17着陸點
Luna16採樣點
Luna20採樣點
Luna24採樣點
TiO2
7.8%
3%
1.7%
1.4%
0.54%
4.2%
3.4%
0.55%
1.3%
Al2O3
13.6%
12.9%
17.4%
14.6%
27.3%
17.1%
15.3%
22.3%
12.5%
Cr₂O₃
0.3%
0.34%
0.23%
0.36%
0.33%
0.33%
0.28%

0.32%
FeO
15.3%
15.1%
10.4%
14.3%
5.1%
12.2%
16.7%
7%
19.8%
MnO
0.2%
0.22%
0.14%
0.19%
0.3%
0.17%
0.23%
0.13%
0.25%
MgO
7.8%
9.3%
9.4%
11.5%
5.7%
10.4%
8.8%
9.8%
9.4%
Na₂O
0.47%
0.54%
0.7%
0.39%
0.46%
0.4%
0.34%
0.5%
0.31%
K₂O
0.16%
0.31%
0.55%
0.21%
0.17%
0.13%
0.1%
0.1%
0.04%
P₂O₅
0.05%
0.4%
0.51%
0.18%
0.11%
0.12%
0.12%
0.16%
0.11%
S
0.12%


0.06%
0.07%%
0.09
0.21%
0.08%
0.14%
CaO
11.9%
10.7%
10.7%
10.8%
15.7%
11.8%
12.5%
15.1%
12.3%
Sc
60（10-6）
38（10-6）
23（10-6）
25.3（10-6）
8.7（10-6）
37（10-6）
37（10-6）
16（10-6）
34（10-6）
U
0.5（10-6）
1.7（10-6）
1.5（10-6）
0.73（10-6）
0.53（10-6）
0.41（10-6）
0.25（10-6）
0.29（10-6）
0.26（10-6）
Th
1.9（10-6）
6.4（10-6）
6.7（10-6）
2.3（10-6）
2（10-6）
1.9（10-6）
0.8（10-6）
0.85（10-6）
1.1（10-6）
La
16（10-6）
39（10-6）
70（10-6）
26.3（10-6）
10.7（10-6）
8.5（10-6）
13（10-6）
5（10-6）
5（10-6）
參考資料： [53] 

月球土壤礦物組成

科學家從Apollo各次登月點月壤的平均化學組成出發，計算了各次登月點顆粒直徑在90—150btm之間的月壤的平均礦物組成和標準礦物組成(BasuandRiegsecker，1998)。平均礦物組成是在假設月壤不含石英、磷灰石和黃鐵礦，而由長石、輝石、橄欖石、鈦鐵礦和尖晶石組成的前提下根據CIPW計算得到的。標準礦物組成是在假設月壤中不含玻璃、角礫岩和粘合集塊巖等非礦物的前提下計算得到的。 [53] 
備註：這兩種方法得到的計算結果之間存在一定差異，原因可能在於計算的假設前提條件並不完全成立，從化學組成出發根據CIPW計算礦物組成並不適合月壤樣品等。 [53] 
阿波羅登月點月壤平均礦物組成及其體積分數

長石
橄欖石
輝石
不透明礦物
阿波羅11號
26.7
3.2
53.7
16.3
阿波羅12號
23.0
8.7
63.4
4.9
阿波羅14號
49.7
1.8
47.0
1.5
阿波羅15號
37.9
8.4
52.2
1.5
阿波羅16號
69.0
2.6
28.2
0.1
阿波羅17號
35.5
5.5
56.3
2.7
參考資料： [53] 

月球土壤物理力學特性

月球土壤綜述

月壤的物理力學性質主要包括顆粒組成，密度、相對密度、孔隙度、電磁性質、壓縮性和抗剪性等。對月壤物理力學性質的瞭解可以避免不必要的冒險，保障載人登月、宇航員月錶行走和機械操作等航天任務安全。 [53] 

月球土壤粒度和粒形

自然界中沉積物顆粒的粒級基本上是連續的，由於十進制粒級分類是按照十進制以遞降的順序排列的，其分級間隔太大，各粒度不等距，不便於作圖和運算，一般採用幣值表示顆粒大小。 [53] 
月壤粒度分佈很廣，顆粒直徑以小於1 mm為主，絕大部分顆粒直徑在30微米~1毫米之間，直徑大於1米的轉石在登月艙附近常可見到，有平卧的，也有半埋在浮土中的。 [53]  近半數顆粒的直徑小於肉眼的分辨能力，約10%~20%的顆粒易於漂浮，並附着在宇航服、工程設備、探測器鏡頭上。 [53] 
研究表明，月壤平均粒徑隨採樣深度的增加似乎有所增加，但規律性並不明顯，這與月壤的月表暴露時間有關。由於隕石撞擊造成月壤翻騰，表層月壤的月表暴露時間並不一定大於次表層月壤。月壤粒度與其成熟度有關。隨成熟度的增加,月壤顆粒變得更細。 [54] 
月壤的顆粒形態極為多變，從圓球狀，橢球狀到極端稜角狀都有出現。長條狀、次稜角狀和稜角狀的顆粒形態相對更為常見。 [54] 
月壤顆粒形態平均參數
參數
平均值
描述
延性
1.35
稍長條狀
長度直徑比
0.55
稍長條狀至中等長條
輪廓
0.21
狀次稜角狀
平行光
0.22
稜角狀
體積係數
0.3
長條狀
比表面積
0.5m²/g
不規則、凹角狀
參考資料： [54] 

月球土壤密度

月壤密度(bulk density)是在沒有遭到破壞的自然月壤結構條件下，採取體積一定的樣品稱量，計算單位體積內的月壤質量。 [54] 

鑽孔編號
質量
長度
密度（單位g/cm3）
阿波羅11號
2007
52
10
1.71
阿波羅12號
2011
——
17.4
——

2013
102.9
19.4
1.74
阿波羅14號
2022
80.7
16.5
1.6

2043
76
12.5
——
阿波羅15號
2003
510.1
28
1.36

2010
768.7
33.9
1.69
阿波羅16號
2043
584.1
31.7
1.4

2038
752.3
33.9
1.66
阿波羅17號
2031




2046
429±4
21.8
1.60±0.10

2038
809±4
34.9
1.73±0.01
參考資料： [54] 
撞擊坑內不同深度月壤平均密度的最佳估計值
深度範圍/cm
平均密度（單位g/cm3）
1-15
1.15-1.55
0-30
1.53-1.63
0-60
1.61-1.71
30-60
1.69-1.79
300
1.9

月球土壤相對密度

月壤顆粒的相對密度:顆粒質量與同體積純水在4℃時的質量之比,一般用G表示,無量綱，月壤顆粒的平均相對密度與其中不同顆粒類型(如玄武岩、礦物碎片﹑角礫岩、粘合集塊巖,玻璃等)的相對含量有關。 [54] 

月球土壤孔隙比和孔隙率

壤的孔隙比（e）指月壤中孔隙體積與顆粒體積之比，與月壤顆粒的相對密度（G）、月壤密度（ρd)及4­°C時純水的密度（ρw）有關，天然狀態下的月壤孔隙比可用來評估月壤的密實程度，一般情況下，孔隙比小於0.6的月壤為密實的低壓縮性月壤，孔隙比大於1.0的月壤為疏鬆的高壓性月壤。 [54] 

月球土壤抗壓性、抗剪性

月壤在壓力作用下體積縮小的特性稱為壓縮性，試驗研究表明，在一般壓力(100~600kPa)作用下，月壤顆粒的壓縮與月壤的總壓縮量之比是很微小的，可以忽略不計，把月壤的壓縮看作為月壤孔隙體積的減少。此時，土粒位置調整，重新排列，互相擠緊。 [54] 
月壤的壓縮性是由月壤的壓縮係數、壓縮指數、壓縮模量(有側限壓縮試驗確定)變形模量(現場原位載荷試驗確定),應力歷史(重複荷載試驗確定)決定。 [54] 
月壤是由固體顆粒組成的，顆粒間的連結強度遠遠小於顆粒本身的強度，在外力作用下顆粒之間發生相互錯動，引起月壤中的一部分相對另一部分產生滑動。月壤顆粒抵抗這種滑動的性能，稱為月壤的抗剪性。 [54] 

月球土壤温度

月壤導熱性差的主要原因在於月壤呈稜角顆粒狀，接觸面積較小以及月球高真空、無水的特殊環境。月壤的比熱容也隨温度的升高而升高，根據Apollol4號至16號測定結果顯示，月壤的比熱容在95 K時約為210 J/(kg·°C)；月壤的温度分佈主要與時間、緯度和深度有關，由於所取得的月壤樣品數量很少，取樣地點隨機性較大，月壤相對全面的熱物性數據獲得很有限，進而對月表温度分佈，尤其是對沿着月壤深度方向上的温度分佈難準確描述。 [63] 

月球土壤電學特徵

月表物質的電導率和介電性質是表徵電磁能在月壤和月岩層中散射和傳輸的重要參數，是指月表物質對電流的響應特性。 [55] 
電導率是度量電流在物質中傳輸的難易程度的物理量。電導率高意味着物質傳輸電荷較容易，但不易保持電荷；電導率低意味着物質不易於傳輸電荷，但易於保持電荷。月表物質主要是由硅酸鹽類物質組成的，是典型的低電導物質。月球物質的電導率是月塵帶電飄浮現象防護、利用月球的電磁測深數據推導月球內部的温度剖面、以及月球礦產資源選冶等所需要的關鍵參數。 [55] 
在被陽光照射時，月壤電導率的增幅至少在106S/m以上。電磁測深研究結果表明，當月壤中岩石塊的直徑與電磁波的波長在同一數量級時，電磁散射就會產生。隨着温度的變化，月壤的電導率呈現非晶質特徵。此外，科學家們發現月壤有極低的電導率和損耗率，這兩個特性導致無線電波可輕易穿透月壤的厚度達10米左右，並使月球物質極易長時間保持帶電。 [55]  [56] 

月球土壤成熟指標

月壤暴露在太空環境中會遭到微隕石撞擊、宇宙帶電粒子及太陽高能粒子的不間斷攻擊，併發生成分上的改變，這些改變被稱作月壤的熟化（maturation）。月壤的熟化過程會導致太陽風氣體不間斷地注入月壤，提高月壤中的氫（H）、氦（He）、碳（C）、氮（N）、稀有氣體及來自隕石的銥（Ir）等氣體及元素的含量，並增加月壤的單質鐵含量；導致月壤中粘合集塊巖的含量在隕石撞擊所造成的高温高壓作用下快速增加；導致月壤平均顆粒的直徑在微隕石及隕石的撞擊下減少；導致月壤的光譜特徵發生變化。月壤的成熟度根據暴露時間的長短可分為不成熟月壤、亞成熟月壤及成熟月壤，成熟度由月壤中粘合集塊巖含量、月壤平均粒徑、月壤Is/FeO比值等指標來描述。 [56] 

月球土壤平均粒徑指標

一般而言，月壤的平均粒徑與月壤的成熟度成反比，粒徑越細，成熟度越高。 [56] 

月球土壤Is/FeO比值

Is/FeO比值與月壤的成熟度成正比，且沒有趨於飽和的現象，因此Is/FeO比值被廣泛應用於月壤成熟水平的計算活動中。研究表明，阿波羅計劃收集到的月壤樣本大多是Is/FeO值大於60的成熟樣本。 [56] 

月球土壤粘合集塊巖含量

粘合集塊巖是月壤暴露期間隕石撞擊而形成的粘合性岩石，它由與玻璃熔結的岩石物質組成，是月壤的重要組成部分，也是單質金屬鐵（Fe0）的寄主。粘合集塊巖的含量與月壤成熟度成正比，故而粘合集塊巖含量也被認為是測量月壤成熟度的指標之一。 [56] 

月球土壤太陽風成分

月表物質主要受三種輻射源的強烈電離輻射，即太陽風、太陽耀斑和銀河宇宙射線，各種來源電離輻射的能量大小各不相同,穿透月壤顆粒的深度也不相同。除穿透月表月壤顆粒外，電離輻射還可使稀薄的月球大氣層內的氣體原子電離,這些氣體離子被與太陽風有關的磁場加速，注入月壤顆粒。 [56] 
中國科學家對嫦娥五號月壤樣品的最新研究顯示，月表中緯度區域太陽風在月壤顆粒表層中注入的水比以往認為的更多，而月球高緯度區域可能含有大量具有利用價值的水資源。 [70] 

月球土壤分類

地基天文望遠鏡對月觀測、太空望遠鏡和環月衞星的遙感探測、無人駕駛月球車和美國阿波羅計劃航員月表巡視的結果都顯示，幾乎整個月球表面都覆蓋着厚度不等的月壤層，基岩僅出露於極少數非常陡峭的山脈、撞擊坑和火山通道的峭壁：月海區月壤平均厚4—5m，高地區平均厚約10—20m。 [52] 
廣義的月壤(LunarRegolith)是指覆蓋在月球基岩之上的所有月表風化物質，包括直徑為幾米的岩石：狹義的月壤則是根據月球樣品的分類來定義的。阿波羅計劃負責月球樣品地面接收的部門在進行月球樣品的分類時，把直徑≥l 釐米的團塊作為岩石對待，進行處理和研究，稱為月岩(LunarRocks)；直徑<1 cm的顆粒才是狹義上的月壤(Lunar Soil)；而月塵(LunarDust或LunarFines)則是指月壤中直徑<1毫米的顆粒。所有月球樣品均採自於月壤層，本百度百科中所説的月壤，若非特別説明，均指廣義月壤。 [52] 
對於月球極區月壤的研究應包括乾燥月壤和含水月壤。基於混合物理論，含水月壤內部結構由土顆粒、冰、孔隙組成。 [59] 
地球土壤是地球岩石風化的產物，月壤是月球岩石空間風化的產物。從層圈結構上講，月壤層是從固體月球到太陽系空間物質和能量的過渡層，包含相關區域的大量重要信息。對月壤的系統研究可提供豐富的科學信息：1)太陽系早期演化年代學；2)月岩與月壤暴露與輻射歷史；3)太陽系行星去氣歷史；4)太陽風性質和太陽表層的成分特徵；5)隕石和微隕石撞擊月球的汜錄。6)月壤物質主要是由下伏基岩演化而成的，通過對月壤的系統研究，可以瞭解月殼組成及其分佈特徵、演化歷史等， [52] 
月壤含有豐富的稀有氣體、鈦鐵礦、克里普巖、超微金屬鐵等資源。月壤處於月球表層，具有鬆散、非固結、細顆粒和易於開採的特點，是月球基地建設、採礦、修路、資源提取的首選目標。 [52] 

月球土壤資源種類

月球土壤氣體資源

月壤中的稀有氣體不是月球原始大氣層殘留的產物，而是具有多途徑來源：
1)俘獲太陽風粒子；
2)太陽耀斑粒子的注入；
3)由太陽質子和銀河宇宙射線與月壤物質相互作用產生散裂反應形成的3He、20Ne、21Ne、22Ne、38Ar等核素；
4)由U(鈾)、Th(釷)和K(鉀)衰變產生的4He和4~Ar；
5)由重核裂變產生的Kr和Xe；
6)由中子俘獲的Xe等。其中太陽風注入是月壤中稀有氣體的主要來源。原因是月壤的稀有氣體同位素組成與太陽風組成非常接近，而與地球大氣層的稀有氣體同位素組成差異大。 [57] 
月壤中的稀有氣體組分主要來源於太陽風粒子的直接注入；月壤中稀有氣體濃度與月壤成熟度成正相關，與月壤顆粒大小成負相關，與月壤採樣區基岩成分也有着密切的關係，玄武岩分佈區月壤的稀有氣體含量總體上比高地斜長巖分佈區月壤的稀有氣體含量要高得多。 [57] 

月球土壤礦物資源

月壤中含有藍輝銅礦、隕硫鐵、硫化物、硫化銅、鎳黃鐵礦、氦-3等。 [58]  [61-62] 
  • 氦-3
氦-3是優良的核反應原料，1公斤氦-3和0.67公斤氘發生核反應，將產生相當於一個一百萬瓦發電廠19年發電量的能量，核發電效率非常高。而且氦-3在聚變過程中不產生中子，放射性小，反應過程易於控制。 [61] 

月球土壤社會價值

月球土壤科研價值

月球幾乎沒有大氣層和全球性磁場，表面相對寧靜，這使得月球沒有能力偏轉或衰減轟擊其表面的太陽能量粒子。因此，月壤顆粒捕獲了大量太陽風和太陽系外的宇宙射線粒子，記錄了關於太陽的組成和早期歷史，宇宙射線的起源和歷史，隕石轟擊月球的歷史和月球起源與演化的大量信息，記錄的完整程度是在太陽系其他天體上不太可能找到的。通過測量月壤中的這些粒子及其轟擊效應可以恢復太陽輻射歷史，對短期和長期的太陽活動歷史研究有重要意義，對地球氣候、大氣和生命演化研究有直接意義。 [56] 
科研價值 科研價值
研究者在月球土壤中發現了純的輝鉬礦，這也就説明月球上本來就存在輝鉬礦，而不是以前認為的輝鉬礦是由航天器結構材料及潤滑油帶到月球上的。俄羅斯研究人員首次在月球土壤中發現了由鎘、鋅、鐵、錳和硫結合而成的硫鎘礦。他們在月球土壤中還發現了含有銅雜質的硫化金和地球上所沒有的碘化銠，但是他們在月球土壤中並沒有發現之前提到過的鉑和鈀。 [1] 
嫦娥五號月壤中外來岩屑能為認識月表物質翻耕遷移過程、月殼岩石組成多樣性、月殼地質演化等提供製約信息。 [30] 

月球土壤能源價值

月壤中海量的氦-3儲量可以滿足人類上千年的能源需求。同時太陽風還在源源不斷送來氦-3，儲量有增無減。，氦-3最初是在太陽上由熱核反應形成，然後借太陽風撒向四面八方，只有很少的量能到達地球和別的行星。因為大氣層和磁場的阻礙，很難落在地球表面。月球幾乎沒有大氣層和磁場，所以太陽風攜帶的微粒便能順順當當地落在月球上，“陷進”月面浮土裏。 [61] 

月球土壤建築價值

人類將來最有可能實現的，其實是月球土壤的就地使用，比如建月球基地。但這都是實驗室裏的研究，到大規模應用還有一段路要走。實際應用上要更復雜，因為月球的環境跟地球完全不同，月球上沒有水、沒有黏合劑。 [66] 

月球土壤科學研究

月球土壤採樣歷程

美國阿波羅計劃總共採了300多公斤月球樣品，蘇聯採回了三次月球樣品。2020年，嫦娥五號順利返航，讓中國成為繼美國、蘇聯之後，第三個能夠成功在月球表面採集土壤和岩石樣品並帶回地球的國家。 [66] 
2020年12月17日凌晨，中國嫦娥五號首次實現了月球採樣返回。成功地從月球風暴洋北部帶回了新的月球樣品，在內蒙古四子王旗預定區域安全着陸。這標誌着科學家自蘇聯1976年的“月球24號”無人探測任務以來首次獲得新的月壤樣品。 [2]  分析顯示，嫦娥五號樣品具有前所未有的、20億年的年輕火山活動證據和顯著特徵的物質組分。 [40] 
2021年2月22日，中國國家博物館GB93484號藏品月壤運抵國博。 [3] 
2021年12月25日上午，嫦娥五號備份存儲樣品交接儀式在湖南省韶山市舉行，國家航天局向湖南大學交接月球樣品備份證書，標誌着探月工程月球樣品備份存儲韶山基地正式啓用。 [5] 
2022年8月，據中國科學院國家空間科學中心消息，中國首次月球採樣返回任務嫦娥五號（CE-5）着陸於月球風暴洋北部年輕的克里普（KREEP）地體，成功帶回1.73kg月壤。 [16] 
2024年，嫦娥六號探測器由長征五號遙八運載火箭成功發射，順利進入地月轉移軌道。按照計劃，嫦娥六號探測器將着陸在月球背面的南極-艾特肯盆地區域，採集月壤並將其送回地球。 [43]  6月25日，完成月球背面採樣的嫦娥六號，就要帶着“月球包裹”出差回家，抵達地球了，首次月背採樣返回之旅即將結束。 [46]  6月28日，國家航天局在京舉行探月工程嫦娥六號任務月球樣品交接儀式。國家航天局向中國科學院移交了嫦娥六號樣品容器，交接了樣品證書，經初步測算，嫦娥六號任務採集月球樣品1935.3克。 [48] 
嫦娥六號帶回世界首份月背樣品1935.3克 嫦娥六號帶回世界首份月背樣品1935.3克 [49]

月球土壤採樣方式

“‘嫦娥五號’主要採用兩種採樣方式，即機械臂表取和鑽具鑽取，兩種方式互為備份。樣本的預期總質量約為2千克，其中鑽取0.5公斤，表取1.5公斤。實際取樣質量為1731克。所謂表取，是在月球表面採集月壤。在表取工作之前，先會進行鑽取，鑽頭可深入月球內部2米，鑽取月壤巖芯。在取樣的過程中，‘嫦娥五號’就要把採到的巖芯、土壤部分裝到一個包裹裏，保持真空密閉。這樣才能在返航地球的時候，保證樣本不被地球環境所污染。容器到地球后打開後的分裝，也都需要在真空或者惰性氣體環境下進行。” [11] 

月球土壤相關文化

月球土壤文化活動

2021年6月26日，“時代精神耀香江”之百年中國科學家主題展暨月壤入港揭幕儀式在香港會展中心舉行，國家月壤在港正式亮相。 [4] 

月球土壤神話傳説

中國古代神話傳説中，在很久很久以前，人間暴發了一場可怕的洪水。無情的
洪水在大地上肆虐，沖毀了人們的農田和家園。為了生存，有的人爬到樹上，像鳥兒一樣在樹上築巢；有的人攀上高山。一位名叫鯀的天神在天上看到了這一幕幕悲慘的場景，心裏很難過，但是他又不知道有什麼辦法能止住洪水。就在他為此愁眉不展的時候，他得知天帝有一件寶物，名叫息壤。是一種金黃色的泥土，神奇之處在於可以自由生長，可以治理洪水。 [69] 
鯀看着飽受洪水之苦的人們，決定去將息壤偷出來。趁着天兵換班的時候，穌悄悄溜進了存放息嚷的地方。果然像傳説中的那樣，息壤閃着爍爍金光，將穌的眼睛都照亮了。他趕緊抱着息壤走出來，從上面摳下一塊，然後用手指捻成粉末，撒向人間。果然，高大的山峯立刻拔地而起，形成了天然的堤壩，讓洪水無法再肆意妄為。但穌偷走息壤的事情卻被天帝知道了。天帝又氣又急，命令火神祝融前去收回息壤。但此時，洪水還沒有完全退去，人們的生活還沒有完全步入正軌，穌怎麼會輕易將息壤交出去呢？他拿起武器，和祝融大戰了數個回合，但最後還是敗下陣來，被殺死在羽山，息壤也被祝融拿走了。沒有了息壤的神力，洪水捲土重來，再度氾濫。 [69] 

月球土壤研究成果

月球土壤研究現狀

2022年3月13日，俄新社報道《俄研究確認月壤對人類有害》。報道摘要如下：俄羅斯謝切諾夫國立醫科大學新聞處向俄新社發佈消息説，俄科學家已確定月球土壤對人類有害，其中的微量元素會刺激皮膚和呼吸道，對肝臟、腎臟和中樞神經系統造成損害，應作為登月前的考慮事項。 [6] 
2022年9月9日，據中核集團核工業北京地質研究院消息，中國科學家首次成功獲得嫦娥五號月壤中未來聚變能源資源氦-3的含量及其最佳提取參數。 [20] 
2022年9月，中國科學院地球化學研究所科研團隊針對嫦娥五號月壤樣品開展了研究，通過紅外光譜和納米離子探針分析，發現嫦娥五號礦物表層中存在大量的太陽風成因水，估算出太陽風質子注入為嫦娥五號月壤貢獻的水含量至少為170ppm。該研究證實了月表礦物是水的重要“儲庫”，為月表中緯度地區水的分佈提供了重要參考。這一成果在國際學術期刊《自然·通訊》發表。 [21-22]  10月，中國科學家根據對嫦娥五號月壤的研究提出了新的月球熱演化模型，揭開了困擾學術界的一大謎團：為何月球在距今20億年前依然有火山活動。 [24]  11月，中國科學院地球化學研究所研究團隊針對嫦娥五號表取月壤粉末中的硫化物顆粒開展深入細緻的原位微區分析，首次證實了月壤中存在撞擊成因亞微米級磁鐵礦的存在。 [26-27] 
2022年12月23日，嫦娥五號樣品中外來岩屑研究取得新進展。中國科學院地球化學研究所科研團隊通過研究嫦娥五號月壤樣品，獲得了月球20億年前年輕玄武岩地質單元上的外來火成岩碎屑組成，發現了月殼特殊岩石碎屑，指示月球上仍存在未被認識的地質單元。 [29] 
2023年3月，中英學者在嫦娥五號月球樣品中，測量到撞擊玻璃珠中的水，平均水含量可高達0.05%。揭示出月壤中的撞擊玻璃珠是一個儲水寶庫，它們可以維持月表水循環。 [32] 
2023年4月24日，國家航天局探月與航天工程中心向北京理工大學發放500毫克月球土壤樣品。 [33] 
2023年4月27日，中國科學院地球化學研究所對外公佈，該所李陽研究團隊通過對嫦娥五號細粒月壤進行細緻的掃描電鏡以及透射電鏡觀察，首次發現了具有蒸發沉積特徵的藍輝銅礦礦物（Cu1.8S）。該研究成果近期以封面文章發表在《科學通報》(Science Bulletin)上。 [34-35] 
2023年6月27日，國家航天局探月與航天工程中心公佈了第六批月球樣品發放公告，深圳大學深地科學與綠色能源研究院謝和平院士獲批100mg嫦娥五號月球樣品。 [39] 
2022年6月，美國航空航天局（NASA）阻止了一場拍賣活動，拍品包括1969年阿波羅11號從月球上帶回的土壤和食用這些土壤的三隻蟑螂屍體，拍賣公司曾預估這些物品能夠拍出40萬美元的高價。 [15] 
2023年8月7日消息，香港大學地球科學系地質學家團隊通過國家航天局探月與航天工程中心月球樣品管理辦公室的審核，獲得“嫦娥五號”2020年採集的月球土壤樣本，成為首支研究月壤的香港團隊。 [37]  同日，香港大學召開記者會公佈，該校科研團隊近日獲得由嫦娥五號採集的月球土壤樣本作科研用途，希望揭開月球玄武岩背後的秘密，並嘗試解答糾纏科學界多年、有關月球年輕火山活動起源的難題。 [38] 
2023年12月，中國地質大學(武漢)教授肖龍團隊與美國布朗大學、夏威夷大學等科研人員合作，首次由實驗室磁學測試得到嫦娥五號月壤的成熟度指標，發現嫦娥五號月壤是迄今為止採集的最不成熟的月壤之一。 [41] 
2024年6月17日，由哈工大機電學院鄧宗全院士團隊姜生元教授牽頭，哈工大與航天五院總體設計部、北京衞星製造廠組建的聯合研究團隊在中國科學院國家天文台領取了1330mg由嫦娥五號帶回的月球科研樣品，其中鑽取樣品一份、鏟取樣品兩份。姜生元為該批月球科研樣品使用責任人。這是國家航天局探月與航天工程中心首次將月球樣品批覆給採樣探測工程團隊開展科學研究。 [44] 

月球土壤重大事項

  • 培育出植物
2022年5月，美國佛羅里達大學的科學家報告稱，他們已成功利用月球樣本中的種子培育出植物。NASA 宇航員在幾十年前的阿波羅計劃期間收集了這種月球表面物質。 [65] 
月球樣本中的種子培育出植物 月球樣本中的種子培育出植物
  • 核技術測定月壤化學元素含量
2022年，中核集團原子能科學研究院團隊利用核技術對嫦娥五號月球土壤樣品進行分析研究，準確測定了月壤樣品中40多種元素的含量。此次科研團隊通過採用中子活化分析技術，對嫦娥五號所採集的月球樣品進行了研究，發現嫦娥五號月球樣品中所含有的化學元素與地球樣品存在很大差異。 [7-8] 
2022年初，由哈爾濱工業大學機器人技術與系統國家重點實驗室等多家單位合作在國際著名學術期刊《Science Robotics》發表了題為“玉兔二號”月球車2週年的月球背面移動與科學探索”的論文， 團隊根據月球車車輪與月面作用的信息和地面力學模型估計了月壤的力學特性，結果表明月壤風化層的承壓特性與地球上的幹沙和沙壤土類似，與美國阿波羅計劃中的典型月壤相比具有更強的承壓特性。 [9] 
  • 揭秘太空風化作用
2022年4月，中國科學家通過對嫦娥五號月球樣品的研究發現，月球表面的太空風化作用主要受到微隕石撞擊、太陽風及宇宙射線的輻照等因素共同作用。科學家解析了月球表面不同礦物的太空風化作用機制，對更好認識月球表面物質演化過程具有重要意義。
該研究由中科院地質與地球物理研究所電子顯微鏡實驗室高級工程師谷立新與合作者共同完成，相關成果日前在國際學術期刊《地球物理研究快報》發表。 [10] 
  • 月壤含有活性化合物
2022年5月5日，南京大學、香港中文大學（深圳）、中國科學技術大學的研究團隊刊發於國際學術期刊《焦耳》的一篇文章稱，團隊在詳細分析嫦娥五號取回的月壤的元素和礦物結構後，發現月壤含有一些活性化合物。它們可以作為催化劑，藉助太陽光，將水和二氧化碳轉化為氧氣、氫氣和甲烷、甲醇。 [12] 
  • 首次發現歧化反應成因的單質金屬鐵
2022年，中國科學院地球化學研究所與昆明理工大學聯合研究團隊針對嫦娥五號表取月壤粉末中的鐵橄欖石顆粒開展了深入與細緻的分析工作，在亞微米級尺度的二次撞擊坑中發現了歧化反應成因單質金屬鐵的可靠證據。同時，理論計算的結果表明該二次撞擊坑的形成速度低於3.0km/s。 [17] 
  • 發現賽石英和斯石英
2022年6月，中國在嫦娥五號月壤樣品中發現了共生的二氧化硅的高壓相——賽石英和斯石英。這是在地外返回樣品中首次確認發現賽石英。 [13] 
  • 發現了小行星碎片
2022年6月，俄羅斯科教部新聞處向衞星通訊社表示，俄羅斯科學院韋爾納茨基地質化學與分析化學研究所的專家與外國同事一起，在半個多世紀前被運送到地球的月球土壤中發現了一塊小行星的碎片，這一發現將使科學家能夠更多地瞭解流星雨的強度和成分的變化。這些發現已發表在國際著名科學雜誌《自然天文學》上。 [14] 
  • 月壤可作月球基地隔熱材料
2022年9月7日獲悉，基於嫦娥四號探測器對月球背面表層月壤温度的就位測量結果，中國地質大學（武漢）行星科學研究所、澳門科技大學和中國空間技術研究院的研究人員發現，月壤具有非常好的隔熱性，可作為月球基地表面隔熱材料。科學新發現 論文通訊作者、我國嫦娥四號月球探測任務核心科學家團隊成員、中國地質大學（武漢）副教授黃俊告訴科技日報記者，這是人類首次利用就位探測數據揭示月球背面月壤的熱物理性質，對於認識月球地質歷史和探月航天器設計具有重要意義。相關成果近日發表於國際學術期刊《國家科學評論》。 該研究採用了嫦娥四號着陸後第三個月的月壤温度數據。 [18] 
  • 嫦娥石
2022年9月9日，國家航天局、國家原子能機構聯合在京發佈嫦娥五號最新科學成果。國家原子能機構副主任董保同在發佈活動上宣佈，中國科學家首次在月球上發現的新礦物，被命名為“嫦娥石”。 [19] 
“嫦娥石”理想晶體圖 “嫦娥石”理想晶體圖
  • 月球熱演化模型
2022年10月22日，《科學進展》在線發表了嫦娥五號月壤樣品的最新研究成果。中國科研人員提出新的月球熱演化模型 [23]  。
  • 嫦娥五號月球樣品研究新進展
2022年10月，基於嫦娥五號月球樣品的實驗室分析結果，並結合遙感探測數據，證明嫦娥五號月壤的光譜特徵主要是由其富含的富鐵高鈣輝石引起的，而非此前遙感探測推斷的橄欖石富集。 [25] 
  • 帶來可利用的水
2022年12月13日消息，中國科學家對嫦娥五號樣品的最新研究顯示，月表中緯度區域太陽風在月壤顆粒表層中注入的水比以往認為的更多，而月球高緯度區域可能含有大量具有利用價值的水資源。 [28] 
2023年1月消息，前人通過對遙感光譜探測的研究發現，月表OH/H2O的含量與緯度可能存在正相關性，即從赤道向兩極，隨着緯度增加水含量逐漸增加，在極區達到最高值。月表同一地區早中晚水含量有明顯變化。 [31] 
嫦娥五號月壤揭示太陽風為月球帶來可利用的水 嫦娥五號月壤揭示太陽風為月球帶來可利用的水 [28]
  • 月球上也有玻璃
2023年5月，中國科學院物理研究所通過對嫦娥五號月壤樣品開展系統的物質科學研究，科研人員發現了多種類型、不同起源的月球玻璃物質。更重要的是還在嫦娥五號月壤中首次發現天然玻璃纖維。相關研究成果在線發表於《國家科學評論》。 [36] 
  • 獲得高精度月球表面化學成分分佈圖
2023年11月，中國科學家領銜的國際研究團隊在探月領域的新成果結合中國嫦娥五號、美國阿波羅、蘇聯Luna樣品數據，採用深度學習方法獲得高精度月球表面化學成分（鐵、鈦、鋁、鎂、鈣、硅）分佈圖，全面反映月球表面化學特徵，為月球火山活動和熱演化歷史研究提供關鍵數據。研究成果近日發表於國際學術期刊《自然·通訊》上。
據介紹，月球表面的化學成分記錄了月球的形成和演化過程，對於揭示月球的物質構成和礦物岩石學特徵至關重要。吉林大學地球科學學院教授楊晨説，研究團隊結合中國嫦娥五號、美國阿波羅、蘇聯Luna樣品數據，基於深度學習建立了月球光學遙感影像光譜特徵與月球樣品元素含量之間的複雜非線性關係，對月球表面主要元素含量進行了精確估計（平均反演精度達96%），獲得了全新的南北緯65°之間、分辨率為59米/像素的高精度高分辨率月球表面化學成分分佈圖。 [40] 
  • 嫦娥五號樣品中發現第七種、第八種月球新礦物
中國科學院地球化學研究所聯合澳門科技大學和廣東工業大學，通過對嫦娥五號月壤顆粒開展研究，在月壤玻璃珠表面微隕石撞擊坑中發現一系列含Ti的蒸發沉積顆粒，分析顯示包括金紅石（TiO2）（2為下角標，下同）、三方結構Ti2O（Trigonal-Ti2O）和三斜結構Ti2O（Triclinic-Ti2O）共3種Ti納米礦物。
其中，三方結構Ti2O和三斜結構Ti2O之前尚未在天然地質樣品中被發現，這是樣品中發現的第七種、第八種月球新礦物；而在材料學領域，Ti2O是可在實驗室內製備的光催化薄膜材料。 [42] 
  • 嫦娥五號月壤實驗室光譜特性
2024年6月，從中國科學院紫金山天文台獲悉，該天文台行星光譜學研究團組對嫦娥五號月壤進行了實驗室光譜測試與分析，反演了月壤成熟度，揭示了月球年輕玄武岩風化和元素特性。相關研究成果在國際學術期刊《天文學與天體物理學》（Astronomy&Astrophysics）發表。 [45] 
  • 天然形成的石墨烯
2024年6月，中國對嫦娥五號鑽採岩屑月壤（No. CE5Z0806YJYX004）的觀察分析，首次發現天然形成的少層石墨烯。 [47] 
參考資料
展開全部 收起