中秋賞月時，大家常常感慨于月亮的皎潔與迷人；在賞月懷古的同時，也讓人不經(jīng)想起作為基建大國的我們，心心念念的探月夢和宏偉的月球基建工程。
那么月球上到底有什么，值得我們魂牽夢縈？是舞翩翩的嫦娥？是呆萌萌的玉兔？是勤勤懇的吳剛？就在前段時間，國家航天局、國家原子能機(jī)構(gòu)聯(lián)合在京發(fā)布嫦娥五號最新科學(xué)成果：中國科學(xué)家首次在月球上發(fā)現(xiàn)新礦物，并命名為“嫦娥石”。
嫦娥石
圖為“嫦娥石”理想晶體圖
國家航天局、國家原子能機(jī)構(gòu) 供圖
嫦娥石”是一種磷酸鹽礦物，呈柱狀晶體，存在于月球玄武巖顆粒中。中核集團(tuán)核工業(yè)北京地質(zhì)研究院創(chuàng)新團(tuán)隊，通過X射線衍射等一系列高新技術(shù)手段，在十四萬個月球樣品顆粒中，分離出一顆方圓約10微米大小的單晶顆粒，并成功解譯其晶體結(jié)構(gòu)。經(jīng)國際礦物學(xué)會（IMA）新礦物分類及命名委員會（CNMNC）投票通過，確證為一種新礦物。
該礦物是人類在月球上發(fā)現(xiàn)的第六種新礦物，我國成為世界上第三個在月球發(fā)現(xiàn)新礦物的國家，為和平利用和合作開發(fā)太空資源貢獻(xiàn)了中國力量！讓我們給廢寢忘食的科研工作者們點贊！
圖為顯微鏡下的月球樣品
核工業(yè)北京地質(zhì)研究院 供圖
地球——人類的祖地，是人類起源和成長的“搖籃”，作為從新生代開始成長發(fā)育的“大寶寶”，人類在經(jīng)過數(shù)百萬年的進(jìn)化后，終將離開我們心心念念的“搖籃”，擁抱我們抬頭可見，卻又陌生的廣闊的宇宙。月球，作為從古至今另無數(shù)人遐想的地方，成為我們探索宇宙的跨出的第一步。作為有信仰的科研巨嬰，作為新一代的基建狂魔，沒有什么比在月球上開礦更讓人激動的事情了！
那么月球上到底有什么呢？要解決這個問題，首先要從月球的起源說起。
月球的起源與演化
月球是地球唯一的天然衛(wèi)星，它伴隨著地球走過了40多億年的歲月，現(xiàn)在仍然點綴著我們的夜空，見證了萬物起源、生物滅絕、人類崛起，它從未離開過地球的身旁，是地球最忠實的伴侶。
對于月球起源與演化，現(xiàn)在還沒有完全的定論，當(dāng)下比較常見的假說俘獲說/配偶說、同源說/手足說、分裂說/親子說和大撞擊說等四種，除了最后一種說法的名字看起來比較不“和諧”外，其他假說的用詞不可謂不親切。但是恰恰是“大撞擊說”在重重論證下，最終獲得了眾多科學(xué)家的青睞，成為較為成熟的月球起源學(xué)說。
大撞擊說認(rèn)為，在太陽系形成早期，行星際空間有大量星云，星云經(jīng)過碰撞、吸積而逐漸增大，形成了星球的基礎(chǔ)。
大約在相當(dāng)目前地月系統(tǒng)存在的空間范圍內(nèi)，形成了一個質(zhì)量相當(dāng)于現(xiàn)在地球質(zhì)量9/10的“原地球”和另一個火星大小的天體“原月球”，可以說是青梅竹馬，兩小無猜。這兩個天體在各自的演化過程中都形成了以鐵為主的金屬核和由硅酸鹽組成的幔和殼。由于這兩個天體相距不遠(yuǎn)，雙向奔赴就如同天注定地那般，無法阻擋的開始了。
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劇烈的碰撞不僅使“原地球”的自轉(zhuǎn)產(chǎn)生了偏斜，而且使“原月球”碎裂，月幔和月殼變熱蒸發(fā)，膨脹的氣體“裹挾”著塵埃和少量的幔物質(zhì)飛離原月球。被分離的金屬核因受膨脹氣體的阻礙而減速，同時受地球引力影響，被“原地球”吸積并變成了地球的一部分。因此現(xiàn)在的月球有著地球的“骨肉”，地球有著月球的“靈魂”，兩者徹底難舍難分。而那些飛離的氣體塵埃物質(zhì)受地球引力的作用，呈盤狀分布在洛希極限以外的空間，它們通過吸積，先形成一些小天體，然后像滾雪球一樣不斷吸積增長，最終形成現(xiàn)在的月球。因此，從起源研究上來說，月球上的礦物資源與地球上的礦物資源有著較高的同質(zhì)性。
撞擊形成的月球早期發(fā)生了核幔分異，并出現(xiàn)全球性的巖漿洋，巖漿洋冷卻結(jié)晶形成以斜長巖成分為主的月殼，鎂鐵質(zhì)礦物組成的月幔，殼幔之間充斥著鉀（K）、稀土元素、磷（P）等物質(zhì)。隨著月殼逐漸形成，月球南極—艾肯盆地、雨海、東海等大型盆地也在后續(xù)的演化中在月海玄武巖的充填下逐漸成形，塑造了現(xiàn)今月球表面的大尺度地形特征。
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月球的礦產(chǎn)資源
我們知道，巖漿作用是成礦的重要過程，新月球形成初期全球性的巖漿活動也促使了大量月球礦物的形成。根據(jù)自20世紀(jì)六七十年代以來的研究成果，月球的礦物資源表現(xiàn)出獨(dú)特的特征。
月球礦產(chǎn)資源主要賦存于高地斜長巖、月海玄武巖、火山碎屑巖、月壤及其組成礦物中，包括斜長石和鉀長石中的鈉、鉀、鍶、鋇、鋁和 硅；KREEP 巖中的REE（稀土元素）、鈾、釷、鉀、磷；橄欖石中的 鎂及輝石中的 錳、鉻；還有月海玄武巖中的鈦鐵礦、鉻鐵礦中的金屬元素鐵、鈦、鉻 ，均是重要的礦產(chǎn)勘查和利用對象。
月壤中的一些磷酸鹽礦物中，還富集有稀土元素和鹵族元素，在一些火山碎屑巖中含有硫、金、鎘、鋅及溴等元素，也富含火山玻璃等礦產(chǎn)資源。同時在太陽風(fēng)和撞擊作用長期作用下，月球表面廣泛覆蓋著厚達(dá)5 10 m的月壤，其中含有大量“氦-3”。“氦-3”是一種核聚變的燃料，地球上“氦-3”的總量不超過500千克。然而，據(jù)估計，太陽風(fēng)已經(jīng)向月球表面沉積了100萬噸~500萬噸“氦-3”。此外還有其他惰性氣體元素，以及碳、氫及氮和隕石中的鎳等元素。由于我們對月球的探索還處在初級階段，不難想象，隨著科研探索的深入，月球?qū)⒉怀鲆馔獾陌言刂芷诒砩系拇蟛糠肿匀辉亍鞍鼒A”。
月球可利用資源種類及其利用途徑
那么這些礦物具體有什么用呢？
舉幾個例子，月球上的氫非常豐富，在開發(fā)月球的過程中，對氫的需求量很大，生產(chǎn)推進(jìn)劑需要?dú)洌覛溆卸喾N工業(yè)用途。月壤中的鐵、鈦、鋁、硅、鎂、鈣以及稀土元素可以為新能源、航空航天、電子工業(yè)等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)提供必要的原料支持。通過利用、收集、加工、儲存和使用在其他天體（月球、火星、小行星等）上發(fā)現(xiàn)或制造的材料，還可以替代原本從地球帶來的材料，致力于持續(xù)的太空探索。
圖源《中國2098》
除了這些礦物之外，月球上還包含著“種菜”所必須的水——“冰”。水，作為生命之源，在月球資源利用的情況下，水通常的應(yīng)用包括：直接飲用、種植作物、生產(chǎn)氧氣，還可以直接作為燃料或燃料生產(chǎn)的原料，是許多其他工業(yè)過程中的生命支持。
近日，中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所科研團(tuán)隊對嫦娥五號月壤樣品開展研究，通過紅外光譜和納米離子探針分析，發(fā)現(xiàn)嫦娥五號礦物表層中存在大量的太陽風(fēng)成因水。（小貼士：月球表面能通過太陽風(fēng)質(zhì)子與月壤礦物相互作用，使部分質(zhì)子能進(jìn)入礦物顆粒內(nèi)部的缺陷中，并與氧離子相結(jié)合來產(chǎn)生OH甚至是HO，且這部分 OH /HO相對穩(wěn)定。）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(qū)水的分布提供了重要參考，也是我們探索月球資源的新一步。
月球極區(qū)水冰物質(zhì)含量分布圖
人攀明月不可得，月行卻與人相隨。目前，太空資源開采的國際法還很不完善，太空資源的開發(fā)原則是：誰先擁有，誰先開發(fā)，在我國科學(xué)家的努力下，我國的航天航空事業(yè)已經(jīng)走在了世界前列，天高地迥，覺宇宙之無窮，月球只是人類走向外太空的第一步，星辰大海正在前方！
Reference
[1] 我國首次發(fā)現(xiàn)月球新礦物“嫦娥石”成為世界上第三個在月球發(fā)現(xiàn)新礦物的國家.中央紀(jì)委國家監(jiān)委網(wǎng)站.2022-09-09.14:00 .https://www.ccdi.gov.cn/yaowenn/202209/t20220909_217015.html
[2] 月球的起源.中國科學(xué)院動力大地測量學(xué)重點研究室
[3] 高楠 許英奎 羅泰義.月球礦產(chǎn)資源勘查進(jìn)展及展望[J].礦物學(xué)報. 2022,42(02).
[4] 高楠 許英奎 羅泰義.月球礦產(chǎn)資源勘查進(jìn)展及展望[J].礦物學(xué)報. 2022,42(02).
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[6] 歐陽自遠(yuǎn) 曾獻(xiàn)棣 唐紅 李雄耀 王世杰.月表太陽風(fēng)成因水的研究現(xiàn)狀和意義
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[7] 我國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)嫦娥五號月壤礦物中存在高含量的水.央視新聞.
[8] 蘭順正.中俄簽署備忘錄，合力推進(jìn)月球開發(fā).[J].世界知識. 2021,(08)
撰稿：扁舟
美編：怪伽cc
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來源：石頭科普工作室
編輯：Garrett
