1噸值30億美元,100噸夠全球用1年!嫦娥五號帶回月球氦-3

网瘾少女 2022/03/07 檢舉 我要評論
 

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根據《自然·天文學》(Nature Astronomy)雜誌刊載的一項新研究[1],來自中國科學院的科學家對嫦娥五號帶回的月球樣品進行了深入分析,填補了50年來的一項研究空白,這是當年美國阿波羅載人登月任務所留下的疑點。

作為距離地球最近的自然天體,月球卻有著與地球迥然不同的環境。地球表面被液態水海洋覆蓋,地表上籠罩著一層大氣,地球充滿了生機。而月球卻是一片荒涼,表面上遍佈隕石坑,沒有液態水、沒有大氣層,也沒有任何生機。

正因為如此,天文學家對月球的起源與演化充滿了好奇。月球最初究竟是怎麼來的,它經歷了怎麼的地質活動?為什麼距離如此近的兩個星球,卻是天差地別呢?

研究月球的最好辦法就是去月球採集樣品,然後帶回地球,在實驗室中進行深入分析。美國在50年前曾先後6次成功登月,12位宇航員在月球上採集了2200份樣品,總重381公斤。

1978年,美國把阿波羅任務帶回的月岩送了中國一塊,重1克。中國科學家切了一半,用其中0.5克月岩做了一系列研究,發表了十幾篇科研論文。通過分析這塊月岩的成分,中國科學家推測出這是來自于最後一次載人登月任務的月球樣品。

到了2020年,終于輪到我們去月球採樣了。中國發射的嫦娥五號成功在月球正面的預選區域登陸,採集了總重1.731公斤的月壤和月岩,最終成功帶回地球。由于嫦娥五號的登陸地點不同于歷次阿波羅載人登月任務,所以帶回的月球樣品也會有很大的不同,這備受全球天文學家的關注。

根據先前的研究,月球起源于45億年前。阿波羅任務帶回的月球樣品年齡都非常古老,至少有31億年,最古老的可達44億年。這意味著阿波羅任務留下了巨大的時間空白,10億至30億年前的月球是怎麼樣的完全未知。

現在的研究表明,嫦娥五號帶回的樣品年齡在20億年左右,正好填補了阿波羅任務的空白。月球在20億年前仍然活躍,還有火山活動,月球內部必定還有某種未知的機制來產生巨大的熱量。

這讓天文學家可以用更為精確的月球年代函數來研究月球演化史,還能為研究太陽系內所有岩質天體提供更精確的時間尺規。除此之外,研究月球樣品還關乎著人類未來的發展,因為月球上蘊含著人類夢寐以求的一種稀有物質——氦-3。

目前,全球每年能源消耗估計高達5.8億太焦耳(5.8×10^20焦耳),這相當于1000萬枚廣島原子彈同時爆炸所產生的能量總和,或者每4秒爆炸一顆廣島原子彈。自21世紀初以來,全球能源消耗量增長了約三分之一。預計到2040年,將會增長77%。

雖然水能、風能、太陽能都是綠色能源,但不大穩定,產量有限。人類如此多的能量消耗大都依賴于燃燒化石燃料,占比可達80%。化石燃料基本不可再生,而且燃燒之後還會釋放出大量的二氧化碳,這會加劇全球變暖。

愛因斯坦的質能方程告訴我們,小小的原子核內蘊藏著巨大的能量,核能是未來的希望所在。雖然目前人類可以利用核能發電,但我們現在所採用的是重核裂變,這會產生核廢料,從而限制了大規模應用。

相比之下,核聚變反應可以更高效地產生能量,而且核輻射非常小。尤其是當使用氦-3作為核燃料時,將不會有核輻射問題,由此人類可以得到完美的清潔能源。

雖然氦-3是完美的核聚變燃料,但它們在地球上非常稀少,因為這種氦的特殊同位素來自于太陽風,而太陽風基本都被地球的磁場和大氣層隔絕在太空中。月球則成了氦-3的天然儲藏星球,太陽風不斷把氦-3拋射到月表上,在淺層月壤中留下110萬噸的氦-3。

每噸氦-3的價值可達30億美元,100噸氦-3就足以滿足目前全球人類一年所需的能量。除了可以去月球開採氦-3之外,未來人類還可以到水星上進行開採,那裡的儲量要比月球更高9倍。在嫦娥五號月球樣品的前兩批分發中,核工業北京地質研究院都有獲得分配,該研究機構的一大目的就是研究月壤中的氦-3,尋找從中提取氦-3的方法。

除此之外,月壤中還有其他多種地球上沒有的礦物,月球背面還可以用于射電天文學研究。雖然月球沒有生機,但它無疑是宇宙賜予人類的一個天然寶庫,我們不要錯過率先開採月球的機會。

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