刘建忠：月球从未如此清晰，中国发布全球首套高精度月球地质图集

月球经历了怎样的的“三宙六纪”？月球的背面到底长啥样？月球上有哪些岩石和矿产？人类可以到月球生活吗？

刘建忠老师说：中秋佳节就要到了，我们中国人对中秋佳节，有非常深厚的感情，每逢中秋佳节，我们都有吃月饼，赏月亮的传统的风俗。我作为一位月球科研工作者，也作为月球地质图的编研实践者，希望从今年之后，我们在吃月饼，赏月亮的同时，能够翻阅月球地质图，能够转动地质月球仪，了解更多的有关月球形成和演化的故事。

刘建忠

中国科学院地球化学研究所研究员

我是来自中国科学院地球化学研究所的刘建忠，我曾经任嫦娥工程地面应用系统一期的副总师和二期的副总指挥。作为这一套月球地质系列图鉴的执行主编，我们完成了这一套地质系列图鉴，包括中英文版的《全月地质图》，中英文版的《月球构造纲要图》，以及中英文版的《月球岩石类型分布图》。这个图比例尺是1:250万，目前是国际上精度最高的全月地质图。

我们这个图是在今年4月21日向全球发布，一经发布得到了国内外媒体的关注，和专家学者的赞誉。我们国内的头部媒体，当时点击量是超过3,000万，还有国际上的一个最著名的刊物《Nature》，专门找我们约稿，报道我们的成果。

对我们地球上的人类来说，有两个星球是我们关系最为密切的，一个就是白天东升西落的太阳，另外一个就是夜晚，有时我们能看得着，有时我们看不着的月亮。常言说万物生长靠太阳，对于夜晚出现的月亮，它到底重不重要，它是如何产生的，它由什么组成的，它对人类的发生发展有什么样的重要作用，这是大家关心的一个问题。其实这个问题在远古时代，就萦绕在人们的心头，神话故事里有一个很著名的传说盘古开天辟地，他的左眼变成了太阳，右眼变成了月亮。

与太阳是一个至刚至强的形象相比，月亮在人们心目中是至阴至柔的，激起了人们无限的遐想。它为古代的历法编制，农耕时令和社会发展，都发挥过比较重要的作用。

我国在元朝时候颁布的一个《授时历》，当时确定每个月的天数是29.530593日，一个回归年是365.2425日，这个数据与近代的观测值，也就是一个回归年是365.2422日，仅差了26秒。它的精度与1582年颁布的《格里高利力历》基本是相当，但我们采用的《授时历》，比西方采用的《格里高利历》早了300多年，在这里我们不得不感佩，我们中国古人的聪明才智。

在古代对月亮的崇拜在全世界都有，在我们国家道教里有月亮女神，佛教里也有月亮女神。

古希腊的神话故事里，认为天界有四位月亮神，分别是菲碧、塞勒涅、阿尔忒弥斯和赫卡忒，她们分别代表了新月、满月、弯月和冥月，古罗马的神话当中，月女神称之为露娜。

所以我们大家现在经常会听到，世界各个国家，特别是月球探测的国家，用这些女神的名字，做国家的月球探测工程的冠名。比如说前苏联的叫露娜计划，日本人的叫塞勒涅计划，美国人正在执行的，称为阿尔忒弥斯计划，我们国家用嫦娥，作为月球探测工程的冠名的，称之为嫦娥工程。

神奇美丽的传说，激励着地球的人类对那一片未知的领域，进行了执着的探索。可是当这个神秘的面纱被揭开以后，展现在人类面前的并不如神话里面，传说的那样生机勃勃。这个面纱首先是被伽利略揭开的，1609年的12月，他是第一个把望远镜对准月球进行观测，被称之为是现代天文学的一个开端。望远镜里面的景象像一个大麻子一样，铺满了大大小小的撞击坑。

真实的月亮到底是什么样子的？我们今天准备用三个词来给大家，进行一个轮廓性的描述。第一个词就叫黑白分明，每当农历十五前后，我们仰望天空的时候就可以看到皎洁的月亮，月亮是黑白分明的，有一半明的一半暗的，暗的东西大家一般称之为海，叫月海，它里面是由月海玄武岩组成的。右面的有一张图，上面有两个曲线，下面就是反照率，就是我们照着它反射回来的程度比较低，所以它就暗了。另外一个亮的地方叫高地，它是由斜长岩组成的，它的反照率比较高，就是我们上面的那条曲线。

月海玄武岩和高地斜长岩有这么两种岩石，这是我们用肉眼看到的，但是通过科学家们研究，月球的组成绝对不是这两种岩石。这个图是我们这一次编研的，全月球的岩石类型分布图，这里面总共有17种内动力地质作用形成的岩石。

最主要的分布最广的灰蓝色的，我们刚才说的亮色的就叫亚铁斜长岩，而在这里面我们区分出一种新的斜长岩，就是灰蓝色的里面的绿色的部分，称之为镁质斜长岩，这个是我们这次填图填出来的，原来样品里有，但是分布特征不是特别明确的一种岩石。之所以能够把它填制出来，得益于我们国家嫦娥一号工程的，干涉成像光谱仪的数据。

第二类就是我们中间海蓝色的岩石，海蓝色的跟我们前面看到暗色的那一块是相对应的，这一块暗色的部分，就是我们刚才说的月海玄武岩。在我们这张图上，蓝色也不是均匀的，由深蓝一直到浅蓝，这也是因为它的化学成分不是一样的。另外我们还可以在这个图上，很明显地看到，中间有红色的岩石类型的分布，这个红色大家经常听到的稀土元素，月球上的稀土元素很高，它富存在这种岩石里面，在我们这张图上叫做克里普岩。我们看到的月亮第一个是黑白分明，它是由物质组成导致的。

第二个词想形容一下月球，就是叫千疮百孔。用肉眼看也会发现在月面上，有大大小小的环形山，因为这些环形上的绝大部分，是由小天体撞击月球形成的，所以也称之为撞击坑。科学家们以200千米为界，把大于200千米的撞击坑，称之为撞击盆地。

为什么要以200千米做分界线呢？这是因为里面有物理和化学的一个规律，就是说当撞击坑的直径，是小于200千米的时候，大部分的撞击能量，它是以冲击波的这样一个形式，转化为溅射物的动能。而撞击坑直径大于200千米的时候，越来越多的能量就转化为熔融物和蒸发物的内能。

我们看到的这些撞击坑，即使都是小于200千米的撞击坑，如果仔细研究的话，它的形态也是不一样的，而且从大到小具有一定的变化规律可循。一般情况下小于15公里形成的，我们称之为碗型坑就像一个碗，坑壁是特别平滑，而且没有坑底，就是说它就像一个锥子那样的。当然有这样一个规律，不是说完全的，就因为这个撞击是非常随机的一个事件。随着直径的逐渐增大，到20千米以上的时候就会出现平底型坑，顾名思义它有一个平坦的坑底。这是我们第二个图，随着撞击坑直径大小的增大，就会出现丘底型坑，阶地型坑和中央峰坑。

撞击坑为什么这么重要呢？它的形态和它的形成年代，是有密切的关系的，也就是说年代越老，它的风化程度越高。在这一次我们1:250万月球地质图的编制过程当中，将月球地质年代划分为三宙六纪，这跟阿波罗时代是不一样的。我们现在划分的这样一个年代表，是更符合月球现在的演化规律，三宙就是冥月宙，古月宙，新月宙，其中冥月宙，月球当时是一个塑性状态，就是岩浆洋演化的过程，那个时候特别热，即使有小天体撞击到月球表面，它也形成不了撞击坑，就像我们当年的苏梅克列维彗星，撞到木星上以后，它很快就被抹掉了。只有从艾肯纪的时候，撞击坑才能保留下来，所以撞击坑的年代就是有五个年代，有艾肯与酒海，雨海，爱拉托逊和哥白尼纪，形成也能记录下来撞击坑。

同一种撞击坑 在不同的年代，它也表现出来不同的形态，上面是碗型坑，下面是平底型坑，随着年代的增加，边缘从尖锐变得越来越模糊，它就是个太空风化的一个过程，丘底型坑也是这样的一个特点，到阶地型坑和中央峰坑，都有这样的一个类似的变化的规律。因此我们搞月球研究，可以用这样的变化规律，对月球的地质年代进行一个判定。

为什么我们填图有那么多年代学？因为我们地球上用的最多，就是同位素年代学，月球上我们知道采样品非常艰难这么远，所以大部分的地体或者岩石单元，是靠撞击坑来进行统计或者退化定年的。前面是小于200千米的撞击坑，对于直径大于200千米的撞击盆地，它也是一样的，也不是一成不变的，分为单环盆地，峰环盆地，多环盆地和超大型盆地四种类型。

我们这次填图对盆地，进行了重点的研究，因为盆地撞击的能量比较大，它占的面积也比较大，它对月鞘的改造严重，所以我们进行了重点的研究。

结合地形，成分，重力场的数据，我们识别出了81个盆地，而且通过它们相互的叠织关系，盆地的退化程度，还有坑密度，确定了这样一个盆地的形成顺序，确定了艾肯纪有49个，酒海纪25个，雨海纪7个，它说明大型撞击事件，随着太阳系的一个演化，逐渐从无序演化到有序了，大型撞击事件是逐渐减少的。

通过前面的描述，我们知道月球上是十分荒凉的，但这个看似荒凉的星球，它是蕴含着无尽的宝藏，第一个宝藏就是稳定而丰富的太阳能。这是为什么？因为我们地球上有一个浓密的大气层，月球上没有大气层，太阳可以直接辐射到月球的表面，它的能量密度，能达到1.353千瓦每平方米，而且它的自转速度比较低，所以能获得稳定的太阳能。

人们一直也梦想着，利用月球上的太阳能，为人类社会的可持续发展来服务。比如日本就提出来一个月环计划，希望在月球的赤道上，建设一个宽400公里的太阳能电磁环，这个电磁环如果建成的话，每年能产生13万亿度的电能，能够提供全世界一半的电力供应。

第二个宝藏就是核聚变燃料氦-3。氦-3是一种太阳风成因的核素，同样是由于地球大气的屏蔽，在地球上很少，而月球上却很多。我们利用咱们嫦娥一号，微波辐射记录的数据，进行过估算，月球上的氦-3能达到100万吨以上，如果100吨可够人类用一年，那么我们可以用到1万年，而且它的含量与铁和钛元素是成正比。

第三个资源就是水资源。对于水的重要性，我觉得大家可能都知道，就毋庸置疑，它是人类建立月球基地，由基地走向更遥远深空的，主要的能源和资源。对于水的存在，现在争论逐渐地平息下来了，但是对于水的来源现在还是有更多的争论，目前一直认为有三种成因的水。一是来自月球深部的岩浆水；第二是太阳风和月表相互作用成因的水；第三个就是彗星撞击月球之后，带来的外来水。我们国家嫦娥七号有一个非常重要的任务，就是要确定这个水的来源，我们拭目以待七号带给我们的一个惊喜。

第四个宝藏就是其他的矿产资源。比如说稀土，稀土是关系国家安全的，一个战略性的矿产资源。地球上的总共的储量只有1.3亿吨，但月球上的稀土含量，高达200~450亿吨非常可观。

上个世纪可能是以认识月球，或者认识深空为主要的目标，随着时间的推移，现在大家逐渐把认识月球和利用月球，作为一个共同的重要目标，开发太空资源，为人类的可持续发展服务，是我们开展深空探测的一个，最主要的科学目标。月球上有这么多的宝藏，为人类开发太空资源应该说奠定了基础。

在了解了真实的月球之后，我们再来看看月球是如何形成的，如何诞生的。按照宇宙大爆炸的学说，天体的演化是从尘埃开始，逐渐吸积形成行星，这也是我们地球形成的一个过程。

但是作为地球唯一的天然卫星，月球的形成可能是经历了不同的过程，按照目前的研究结果月亮的成因有四种假说：一个是捕获说也叫养子说，分裂说是亲子说，还有一个同源说是姐妹说，还有一个大碰撞学说。大碰撞学说由于现在能符合更多的观测事实，比如说现在最重要的，就是月球和地球有，非常一致的同位素组成，所以现在大家认可程度最高的是第四种，也就是大碰撞学说。

最后我想说一说，月亮对于我们地球生命，或者地球演化的影响。在太阳系的八大行星当中，水星和金星是没有卫星的，地球有一个卫星，火星有两个卫星，后面有更多的卫星，作为地球唯一的天然卫星，月球在地球宜居性的演化当中，扮演了重要的一个角色。

比如说地球的潮汐，它是太阳和月亮共同作用下，形成的一种自然现象，很多研究者认为，原来海洋的生命，能够走向陆地，是由于潮汐作用影响的结果。

另外根据科学家的一个研究，我们地球的自转速度是变慢的，每100年自转周期要增加1.8毫秒，根据古生物的研究，比如说6,500万年 也就是白垩纪，那时候的一年是376天，比我们现在多了11天，就是原来自转速度很快，这与潮汐作用可能有非常大的关系。自转周期的变化，我们知道跟植物生长，动物发育，有非常重要的关系和影响。

中秋佳节就要到了，我们中国人对中秋佳节，有非常深厚的一个感情，每逢中秋佳节，我们都有吃月饼，赏月亮的传统的风俗。我作为一个月球科研工作者，也作为月球地质图的编研实践者，希望从今年之后，我们在吃月饼，赏月亮的同时，能够翻阅月球地质图，能够转动地质月球仪，了解更多的有关月球形成和演化的故事。