杨蔚：揭开月壤面纱 月球“土特产”背后的隐秘往事

亲爱的朋友们下午好，我叫杨蔚，来自中国科学院地质与地球物理研究所，我今天要分享的是我们和月球的一些故事。

在全中国十四亿人当中，我是那少数几个可以非常近距离的接触月壤而且可以去研究它的人。我当然很热爱这份工作，所以说我常常因为我是研究月球样品以及给大家讲述月球故事而感到特别激动，尤其是像今天这样的场合，谢谢。

我和月球的缘分，可能最早要回溯到非常小的时候，我妈妈教给我的第一首古诗就是《静夜思》，举头望明月、低头思故乡，但是那个时候其实我并不明白为什么明月会跟故乡扯上关系，直到后来去国外访问学习，每当我抬起头来看到那个熟悉而亲切的月亮，我就会真的是鼻子一酸想家了。

也就是那一刻，我觉得我跟一千多年前的李白发生了共情，独在异乡为异客，你会发现周围所有的东西都不一样，但是唯有一样东西是一样的，那就是那一轮明月，仿佛是我从故乡带过来的。

但是其实我最喜欢的李白的诗是这一首叫《把酒问月》，李白说，青天有月来几时，天上的这一轮明月是什么时候来的，这是一个科学问题，而且是月球科学最重要的科学问题之一，我们直到今天还在不断的研究它，当然如果我能穿越回去，我想我会告诉李白，今天科学界对这个问题有一个主流答案。

月球形成于45亿年前的一次大的撞击事件，一个火星大小的天体撞向了原始的地球，撞击导致大量的溅射物围绕在地球的周围，然后它们又重新聚集起来形成了月球，也就是今天我们看到地球和月球的这个地月系统。

其实我们对于月球的这种思考和探索，也并不是从李白的时代才开始的，我们都听说过嫦娥奔月的故事，但是不知道你们有没有想过这样一个问题，我们的祖先为什么要创造这样一个故事呢？

实际上这背后也是一个科学现象，它源自于我们祖先对月亮的观察，在一个满月的夜晚，如果我们仔细去观察月亮，我们会发现它上面有些黑色的阴影，这些黑色的阴影是什么呢？我们的祖先给出来的答案是，它们是翩翩起舞的美女嫦娥和一只玉兔，现在我们知道黑色的阴影是黑色的岩石是玄武岩，而那些白色的区域是一种白色的岩石叫斜长岩。

嫦娥和玉兔的故事，是我们的祖先对于科学现象的错误解释，但是我们却如此的喜爱它，因为相比于一片荒芜的月球，我们更希望它的上面真的住着嫦娥和玉兔。

经常有人问我，你为什么要研究月球，你为什么如此热爱它，实际上我想说热爱并不需要理由，如果一定要给一个理由的话，自古以来中华民族对月亮的向往就是我研究它的理由，但是在过去相当长的一段时间里我们是落后的，甚至可以说我们是没有机会的，我们几乎缺席了整个现代科学，对月球演化历史的研究。

刚刚我们讲的月球诞生的故事是美国阿波罗计划的重要成果，所以如果说我们要穿越回去跟李白讲月球起源的故事，我们还得略带惭愧地告诉他这是美国人发现的我们落后了，或许他会问美国人是谁。

所幸的是在过去二十年，我们的嫦娥工程正在重新把中华民族带回认识月球的舞台，从嫦娥一号到六号，六战六捷，能够见证这个历史甚至可以参与到其中，我们又怎么能不感到自豪呢。

这是2021年7月12日，第一次月球样品分发的仪式，这张照片我就在最右边是那个拎包的，包里面就是月壤，那一刻我们都异常的激动，对于一个从事月球科学研究的人来说，这是何等的幸事。为了迎接这一刻，我们研究所已经准备了整整十八年，我个人从参加工作开始也整整准备了十年。

但那一刻我是第一次，深刻感受到了什么叫使命感，你想象一下一个国家一个民族，航天人耗费巨大的心血采回如此珍贵的样品从航天局把样品交给中国科学院，我们就承载着样品研究的使命，也肩负着整个民族在此时此刻对月亮的向往。

我想大家肯定也跟我们一样很好奇月壤到底长什么样子，其实在拿到样品之前，我们是可以通过美国和苏联的文献和照片去了解月壤，其实看起来并没有什么特殊之处，似乎就是一些松散的粉末，如果我们去对比一下地球土壤和月球土壤的剖面的对比图的话，你可以看出来它们非常相似。

当然地球和月球土壤还是有显著不同的，月壤中没有液态水、没有生物、没有泥、没有粘土矿物，实际上这种差异本质上反映的是两个天体表面环境的巨大差异，那么我们嫦娥五号和六号月壤到底带给我们哪些过去不为人知的故事呢？

在嫦娥五号任务采样返回之前，美国阿波罗和苏联月球号已经对月球进行了九次采样，但是如果你把这个采样点围成一个区域的话，它仅占月球表面的不到8%的面积，也就是说还有大量的区域没有被探索，基于这些有限的样品，科学家获得了一个月球形成和演化的框架，它主要是记录了月球三十亿年以前的演化历史。

而这些古老的历史在地球上是非常少见的，这就是为什么我们常常说月球是地球丢失的童年记忆，通过月球残酷的童年，我们可以推测地球的童年想必也好不到哪里去，不过我们会发现这个框架其实也存在一个缺陷，也就是缺失了月球三十亿年以来的历史。

所以，为了了解月球的晚年到底是怎么度过的，我们国家的嫦娥五号去了一个月球上可能是最晚形成的地方，判断标准呢，就是这个地方的陨石坑很少，说明它暴露月球表面的时间是不长的，应该是在月球最晚期形成的地方。

那么光是获得这个月壤样品，其实还不足以保障我们取得重要的科学发现，这是因为月壤的研究其实非常有挑战，这也是为什么我们研究所要提前十八年开始准备，我们的吴福元老师、李献华老师、林杨挺老师，这些著名的现在研究月球的科学家，都是从那个时候到研究所的。

然后开始漫长的人才培养、平台建设和技术研发，就是针对月壤的特殊性来研发多种的定年和同位素技术，接下来我就介绍一下我们这个团队取得的研究成果。

事实上在拿到嫦娥五号样品之前，我们实际上经经历了漫长的准备，但是拿到这个样品之后任务反而是简单的，我记得那几天，我一直是处于非常亢奋的状态，很神奇，每天就睡三四个小时，而且根本不觉得自己累、不觉得自己困，我不知道我的力量从哪里来，但是不仅仅是我，我的同事们都是这种状态。一刻都不愿意让自己休息，愿意尽快的把这个结果获得。

所以首先我们会对这个月壤做一个CT的扫描，跟我们在医院做CT是一样的，你看的是瓶子里面的样品，它一层一层的扫描下去的一个景象，实际上你可以通过这个里面也可以获得很多信息，第一你可以知道月壤的颗粒你知道它很细，但实际上它的分布是很广的有大颗粒有小颗粒。

第二个你可能会知道是我们能看出从这个月壤里面，从这个CT的图像中看出里面有什么类型的岩石碎片，它有多大，这个是我们后面做分析的基础。然后我们就要手工把一些较大的颗粒挑出来。

我这里放个视频，这个视频是我们挑颗粒的时候，这颗粒都非常小，这是不到一毫米的颗粒，拿它的那个镊子实际上是非常细的一个针尖，你要用那个针尖去把这些颗粒挑出来，然后这里面有很多颗粒，有各种各样的。

刚才那个大的应该是个玄武岩，里面你还可以看到一个玻璃一个圆球的，那个不是我们掺进去的小时候打的那个弹珠，是月面上形成的玻璃，然后还有一些粘接物之类的。

那么其实我身上这个颗粒也是个月壤的颗粒，这个颗粒也是不到一毫米，我们用显微的技术把它给拍摄下来，这种颗粒叫粘接物它是月球上独有的颗粒，地球上是没有的，因为月球上是真空，遭受微陨石撞击的时候会形成这种颗粒，就是用玻璃把很多颗粒粘在一起，形成奇形怪状的奇石。

我们会在研究月壤的过程中发现很多这样的颗粒，那么把它编上号排好序之后我们就开始做实验，其实实验做得很快就跟高考一样，我们获得第一个年代学的数据定年就花了五十三个小时，五十五个小时就获得一个氢同位素的数据，一星期之内我们把手头上能做的同位素分析全做了，就是你准备好的十多年、十八年的方法最后就是这几天全都用上了。

我们到底发现了什么呢，这是结果，第一个是定年结果是非常重要的，在嫦娥五号月壤中发现玄武岩，火山熔岩形成的时间是二十亿年，这是当时发现的在月球上最晚形成的玄武岩，之前都是三十亿年以前的。那这就意味着月球在二十亿年之前还有内部的活动，说明它还很热，说明它还活着，比过去认为的要晚了十亿年。

这一发现实际上带来了新的问题，你们可能不太了解，月球活得长难道不是好事吗，但实际上过去预测的不是这样的，因为它是个小天体，小天体它就冷却的快。那我们其实可以用热模型去预测它，然后发现它在十五亿年之后就不会再发生火山活动了。

但是我们发现了二十亿年前的火山活动，这是为什么呢，这里面我们就提出了一些可能的原因，一种原因，你想象它要发生火山活动，它需要热源，那肯定是深部有很多比如说放射性的元素它产热了。

然后另外一种可能性，就是说它要发生火山活动，也许是它的熔点比较低，它含有水，它可能熔点降低了引发了火山，我们去检验这个，所以我们进一步做了一些同位素的研究。

然后发现两个可能性都排除了，一个是它并不是很富含放射性元素，说明它没有额外的热源，另外它也不是富含水，所以它不应该是熔点低，所以自此之后月球为什么可以可以持续这么长时间，这成了个谜题了。

但是有一点现在在我们学术界是共识，那就是月球肯定比我们过去想象的冷却的要慢，所以总结一下就是其实嫦娥五号是揭开了月球的晚年，就是后半生的演化历史，发现它的寿命比我们过去认为的要长，这意味着什么呢？意味着我们要重新考虑，整个行星的冷却历史的研究包括地球，地球的冷却是不是也会比预期的更慢呢，这个问题还在持续的研究中。

很快我们就迎来了嫦娥六号样品，嫦娥六号是人类历史上第一次去背面采样，你肯定会问那我们为什么要去月球的背面，这个事情还得回到1959年苏联的Luna三号探测器，第一次拍到了月球背面的照片。

大家可以看这个像素高清照片，当时的高清照片，虽然这张照片很模糊，但是我们也能看出来，它跟正面很不一样吧。你想象一下，如果我们翻个面把月球的背面对着我们一直是这样的，我们的祖先还能创造出嫦娥和玉兔的故事吗？显然不能。

后来我们探测技术进步了，我们发现正背面的差异，其实表现在很多方面，火山活动正面多背面少；放射性元素正面高背面低；月壳的厚度正面薄背面厚，这么巨大的差异到底是怎么形成的？这个问题已经困扰学术界好几十年了。

而嫦娥六号第一次去月球背面采样，无疑为解开这个谜题打开了一扇窗口，那我们就看看背面发生了什么事，月球背面一个最显著的特征就是在它靠近南极的那个地方存在一个巨大的撞击坑，这个撞击盆地叫南极艾特肯盆地直径有2400公里，知道是什么概念吗，中国地图是一只鸡对不对，那个鸡肚子就是2400公里。

就是如果说这个坑在地球上，那整个中国的鸡肚子就是一个坑，要形成这么大的撞击盆地，这需要一个直径几百公里的撞击体，知道恐龙灭绝的那次撞击撞击体多大吗？十公里，这是那个撞击体的直径的好几十倍，你算成体积算成质量的话造成的灾难无法想象。

所以嫦娥六号采样点就在这个撞击盆地的内部，大家可以看到，所以第一个非常重要的事情就是在这个嫦娥六号的月壤里面发现了这次撞击的遗迹，这是一种在月球新的岩石叫撞击熔岩，就是由撞击形成的一个非常大的岩浆湖，这湖里面的岩石。

确定这一次撞击发生在42.5亿年之前很古老的一次撞击，这次撞击对于月球正背面的差异有什么贡献吗？所以我们继续做里面的月壤中的玄武岩，我们就发现撞击之后的的月球的深部的月幔，不仅放射性元素含量更低了，而且水含量也更低了。

似乎暗示的这种巨大的撞击对月球深部也产生了深远的影响，跟我们过去在表面看的差异还不一样，它甚至都很可能暗示月球正背面的差异都有可能是由这种大型撞击诱导的。

总结一下，嫦娥六号样品是揭开了月球，另外一个半球的演化历史，发现月球正面和背面的差异，它不是个简单的表皮的现象而是深部也存在巨大的差异，如果说这种大型撞击可以这样去改造月球，你可以想象一下与它伴生在一起的地球毫无疑问应该都经历过类似规模的惨烈撞击。

有时候回想起这些年我参与的研究工作，我就会觉得自己还是非常幸运的，要知道也有很多著名的月球科学家，甚至一些发达国家的科学家研究了一辈子月球，也没有能够迎来自己国家的月壤。

但是其实我想更加幸运的应该还在后面，因为我们未来还有嫦娥七号月球南极探测、嫦娥八号月球科研站基本型、2030年前后载人月球探测、天问二号小行星的探测和采样、天问三号火星采样、天问四号木星及冰卫星的探测。

中华民族探索宇宙的序幕才刚刚拉开，还会有一代一代的科学家、工程师前仆后继投身其中。

我也经常会去一些中小学甚至幼儿园讲科普报告，讲一讲我们和月球的故事，每一次场面都是非常热烈的，孩子们天然的对月球充满了向往，我想这是一种延续、一种传承，看着他们，我就会对我们国家、我们民族的深空探测事业，月球和行星科学研究充满了信心。

未来他们或许会成为第一代的星际移民，在月球上建设基地实现地月运输的常态化，他们会去月球旅游、打卡、拍照、发朋友圈，他们会在月球上建立生态系统种菜，吃上月球上种的第一口白菜，实现自给自足。

最后的最后呢，我想用一句话来总结今天的分享，从先祖的神话传说到李白的千古绝句，到今天科学探索，再到未来的星际移民，这些看似不同的事情，其实有着共同的驱动力，中华民族在不同时期用不同的方式诠释着自己对月亮的向往。谢谢大家。