7月8日晚,两位来自38万公里外的“月球来客”乘坐CA1722“赏月航班”,缓缓滑入杭州的夜色中。
这是由国科大杭州高等研究院申请到的两份嫦娥五号月壤样品共计213毫克,这也是浙江首次经国家航天局正式批准后收到的月壤样品。
接下来,国科大杭州高等研究院物光学院舒嵘教授团队将对月壤分析研究,用于嫦娥七号有效载荷的光谱定标,以及这个数据的一致性反演等一系列工作。
年龄20.3亿岁、体重213毫克,平铺只有指甲盖大小
这两位来自月球的“贵客”真的非常特别。
年龄,真是不得了,大概有20.3亿岁(2020年嫦娥五号取样返回后,中国科学院地质与地球物理团队在《自然》上发表文章,精确测定了嫦娥五号月壤样品的年龄为20.3亿年)。体重,却十分轻盈,仅有213毫克。
国科大杭州高等研究院副研究员许学森告诉记者,本次他们共申请了两份嫦娥五号采集的月壤样品,其中一份是13毫克的光片样品,另一份则是200毫克的粉末样品。
与地球上大部分富含微生物和水分的土壤不同,月壤干燥而呈粉末状。此次带回杭州的月壤光片样品,13毫克几乎就是几个小黑点。粉末样品装在一个小瓶子中,肉眼看去呈深褐色。200毫克的月壤平铺开来大概就一个指甲盖的大小,十分珍贵。
2020年12月17日,嫦娥五号月表取样1731克月壤成功返回地球,中国成为第三个成功采集到月壤的国家。2021年7月,嫦娥五号月壤样品向全社会开放申请。截至目前,国家航天局已向国内131个研究团队发放7批次共85.48克科研样品,70余项多个领域研究成果在中外重要学术期刊发表。通过研究月壤,许多月球奥秘正在揭开。
要申请到月壤样品,需要通过重重考验。从谋划课题、提交材料,到公布现场答辩名单、现场答辩等,每一个过程都需要科学家和专家、评委们一丝不苟、竭尽心力。
“虽然拿到的样品量很少,但通过精心的实验设计,相信我们也会得到一个很好的科学实验结果。”舒嵘说。
要尽量少打开盖子,打个喷嚏或飞走200毫克
月壤样品,研究完是要还的。根据月壤样品的研究用途和场景,分为原样使用、消耗型使用和破坏型使用三种。国科大杭州高等研究院申请到的200毫克月壤样品,按规定,在一年后归还时,损耗不能大于20毫克。
“一定要注意少开盖!”交接时,中国科学院国家天文台工作人员熊老师就千叮万嘱,“以我们以往的经验,每开盖一次,都会比你想象中损耗得多。所以尽量少开盖,一次就把自己要用的量拿够。”
熊老师打了个比方,小瓶子开盖时,如果你手稍微一抖,或是打个喷嚏,这200毫克月壤就要打水漂了。
于是,从北京回杭州这一路,许学森全程几乎就维持着一个动作——小臂垂直“拎”着存放着月壤样品的黑匣子。偏偏这趟飞机还特别颠,2小时的飞行过后,同行的小伙伴笑他“肌肉要练出来了”。
“对于细粒月壤来说,它的粒径太小了。如果在运输过程中产生颠簸或者倾倒,很有可能会有粉末从瓶子的螺纹口里面渗出来。”许学森告诉记者,就算要产生损耗,也希望是在科学实验中损耗。
从2020年就开始准备,须万级以上的洁净标准
为了迎接月壤,国科大杭州高等研究院从2020年开始,就在给它准备“住所”了。
“我们考察了国家天文台保存月壤的设备,订购了个一模一样的手套箱。它还需要保存在万级以上洁净标准的环境中。”许学森说。
月壤样品落地杭州后,科研团队马不停蹄赶回实验室。他们先将月壤样品缓缓放入手套箱的过渡舱中,再将过渡舱抽真空,然后将手套箱里的氮气放到过渡舱里。
为什么用氮气?因为氮气是不太活跃的气体,不容易和月壤发生化学反应。
这样反复做三次,保证过渡舱和手套箱内的环境是一样的,才能顺利将月壤样品放入手套箱中。
10分钟的操作结束后,许学森摘下手套——全都是汗。“总算是一块石头落地了。”许学森长舒一口气。
为嫦娥七号做研究,用于其有效载荷的光谱定标
事实上,在探月工程上,来自浙江的科研团队一直敬业精益、接续奋斗。
2022年,中国科学院宁波材料所、钱学森空间技术实验室等联合团队发现,月壤中钛铁矿颗粒表面都存在一层非晶玻璃,这种非晶玻璃中封存了大量的氦-3气体。这些氦-3或可通过机械破碎的方法在常温下提取,月球上原位开采氦-3资源将不再是梦。
负责此次嫦娥五号月壤研究的杭高院物光学院首席教授舒嵘团队,汇聚了一大批来自光学、电子、光谱、机械、遥感等多学科领域的青年科研人员。团队曾成功研制嫦娥系列和我国首次火星探测主动光电载荷,多次在国际顶尖学术期刊上发表高水平文章。
该团队这次主要从嫦娥七号载荷研究的方向着手。通俗点讲,这次他们研究月壤并不是研究月壤里有什么、月球上的环境怎么样,而是以月壤做标定,为嫦娥七号上所需要用的光谱仪做校准。
根据国家航天局官方信息,嫦娥七号将于2026年前后发射,开展月球南极的环境与资源勘查。据介绍,嫦娥七号和嫦娥八号会构成未来我国月球科研站的基本型。而且它们不进行采样返回,会一直留在月球上。
“相信这次研究对后续的科学产出会产生非常深远的意义。”舒嵘说。