嫦娥五号成功返航的事件虽然已经过去了很久,但是有关其带回来的月壤研究成果却又一次让它成为了焦点。
当时它带回来的1731克月壤,被分成了许多份,其中31份岩石样本被发给了13家科研机构。
正在拆嫦娥五号月球快递的研究人员
时隔一年多,他们公布了一个又一个喜人的发现。其中就包括嫦娥五号发现的新物质,一吨可达202亿,或许会成为未来太空的竞争物。
那么,这种物质到底是什么?为什么说它比月球水更重要呢?
月壤中的水分
首先咱们先来回顾一下嫦娥五号月壤中发现水分的研究成果,这是中科院地质与地球物理研究所人员基于嫦娥五号“月球矿物光谱仪”探测后得到的结果。
该结果表明,在嫦娥五号采样地区的下方,水的含量能达到120ppm,而从其他地带溅射到采样区的岩石水含量则更高,为180ppm。
嫦娥五号的新发现
简单换算一下就可以得到1吨月壤中有120克水的结果,这相较于从前的月壤水分发现更为详尽。不过大家需要将此处说的月壤水和咱们地球上见到的水区分开,这里的水指的是蕴藏在矿物当中的水分子或者羟基,它们还未转化成大家经常见到的水。
至于月球水从何而来,发表论文的研究人员表示,应该是来自太阳风。因为太阳风虽然刮起来有些“猛”,但是其中有很多氢元素,在与月壤当中的氧结合之后,就会变成科学家观察到的水分子。
猛烈的太阳风
实际上,月壤中有水的情况。许多年前科学家在阿波罗带回来的样品当中就有发现了,而且1吨120克的含量,在多数人看来还不够“塞牙缝”的。
那么,咱们就来说说科学家在嫦娥五号月壤玻璃当中发现的另一种新物质,看看它凭什么比生命之源“水”还要重要!
“月壤玻璃”当中的氦气泡
首先需要介绍一下月壤玻璃是什么,它们并非真正的玻璃,只是一些玻璃状物质,其中富含玻璃质。根据成因可以将月壤当中的玻璃分为火山玻璃和熔结玻璃。它们都产生于月球表面的撞击,与地球不一样,月球表面并没有稠密的大气层来削弱陨石,从而在遭遇撞击的时候只能“直面”。
月壤玻璃
这时陨石的速度能超过12千米/秒,在撞到月表之后产生冲击波和热量,使得二者接触的表面在一瞬间就熔化或者气化。在撞击当中飞溅出去的那一部分物质,冷却以后就变成了月壤玻璃。
形成机制
科学家正是在钛铁矿粒子也就是月壤玻璃当中找到了新的物质,其中不怎么起眼的气泡正是科学家的新发现,根据介绍来看,这些气泡的直径在5纳米到25纳米之间,位于玻璃层和晶体附近,属于“氦气泡”。
研究发现的氦气泡
没错,这些月壤玻璃当中竟然藏着现在被不少国家视为未来战略性资源的氦-3。这种在地球上十分稀缺,与实现可控核聚变息息相关的原料1吨价值30亿美元,折合成人民币约为202亿元。
这时有人可能会说,发现月球上有氦-3不是好多年前的事情了吗,怎么能说是发现的新物质呢?
实际上,我们确实早就通过各种手段确定了月壤当中藏有丰富的氦-3,毕竟月球不受大气和磁场的保护,常年遭受着太阳风和各种宇宙射线的攻击,在这样的风化作用下,想形成氦-3是要比地球容易得多。
月球遭受的风化作用
之所以说此次发现的是新物质,其本质指的是它被蕴含在月壤玻璃当中。要知道,想在月球上直接开发和提取氦-3是十分困难的,所以科学家一直在思考怎么“采矿”更合适。
但当氦气泡出现的时候,此前受限的开采方法突然豁然开朗,这意味着,人类开发月球上的氦-3可以通过钛铁矿粒子,运回地球再琢磨怎么提取。从前不好找运输的载体,而如今以气泡形式贮存的氦元素,算是将自己安排得明明白白了。
月球采矿的构思
因此这怎么能不被称为一个伟大的新发现呢?毕竟人类光眼馋氦-3资源并不算什么,得有本事开采,并且将其带回地球加以利用才是需要切实考虑的事情。
因此,这些钛铁矿可能会因为其中富含氦气泡,成为未来太空竞争当中的“新宠”。那么,为什么大家都这么眼馋氦-3,这种元素到底有什么作用?
氦-3的重要性
伴随着人类科技的发展,我们对地球不可再生资源的消耗显得越来越夸张,所以在这种情况下,开发新能源成为了迫在眉睫的事情。而诸多新能源选项当中,最热门的就是核能。
核聚变可以释放能量
需要注意的是,这里说的核能是通过核聚变方式产生的,并且是可控核聚变。可控核聚变的产生除了对温度有着超高的要求,对原材料也有严格的筛选。而月壤当中富含的稀有气体氦-3,就是可控核聚变当中的优秀原材料。
简单来说,如果可以利用氦-3和氘来进行核聚变,其反应产物是氦-4和质子,这两种都属于带电粒子,可以被磁场约束,以避免不断地撞到内壁,使得内壁需要频繁更换,增加成本和核废料。
氦-3的优势
可见,这个优势是非常明显的。而地球本身的氦-3储量却少得可怜,只有15吨左右。在僧多肉少的情况下,氦-3便成为了未来的必争能源。
所以当月球上的氦-3被测出有100万吨的时候,许多国家都坐不住了,就连本来只关注火星,长期未宣布重返月球的美国,都宣布了重启月球计划,并且还要在月球上建基地。
未来月球基地的设想
在这种情况下,有人预言月壤当中的氦-3将会成为像石油一样的资源,甚至人类在太空当中的第一战,都会因为氦-3而打响。毕竟可控核聚变的无限能源诱惑实在是太大了,没有任何一个国家可以拒绝。
“不要小看这100万吨氦-3。”欧阳自远说,“根据测算,若可控核聚变发电得以实现,中国一年的发电总量只需要8吨氦-3;美国一年所需要的电量,也只要消耗 25 吨氦-3。以此推算,全世界一年大约100吨氦-3就够了。”
“嫦娥之父”欧阳自远
此前科学家还在苦恼如何将月壤中的氦-3提取、富集再运回地球,而前文中氦气泡的新发现,无疑解决了这个难题。所以如果近十年之内,人们真的按照既定的计划在月球上建立了基地,并且开始进行采矿,我们也许就真的要见证历史了,感受可控核聚变完成后带来的“科技飞跃”。
此外,月壤当中备受瞩目的虽然主要是氦-3,而实际上其中还蕴含着其他的物质,如果到时候能够批量开采和运用,一样能解决地球资源短缺的现状。
人们手绘的月球矿藏图
月壤中的资源
科学家将月壤中的资源分成了两类,一类是包括氦-3、氢、氧之类的能源,另一类则是包含着铁、镁以及稀土元素的矿产资源。未来人们对月球资源的开发,就会围绕着这两方面。
资料显示月壤主要由硅酸盐玻璃以及各种岩石、矿物碎片组成, 其成分范围从玄武岩到斜长岩, 其中包含少量陨石成分, 其化学成分主要由SiO2、Al2O3、FeO、TiO2、MgO和CaO这6种氧化物构成, 具有极大的提取潜力。
“宝藏满满”的月壤
首先以矿产资源为例,月壤当中虽然有一定的金属矿物,但是它们并未形成高度富集的状态,所以开发的时候要按照矿物类型来提取。比如咱们在上文中说到的钛铁矿,除了能被用来提取氦-3以外,还能提供钛和铁。
钛铁矿
其次就是大家更关心的能源,尽管月壤当中氦-3的浓度不高,但是由于其广泛存在,并且转换能量的效率非常高,所以依旧是“香饽饽”。