无粘性土的分类依据(中国嫦娥五号带回月壤不足2千克，难道美国公开的月壤数据有问题)

Posted 2023-05-28

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无粘性土的分类依据(中国嫦娥五号带回月壤不足2千克，难道美国公开的月壤数据有问题)

最近，嫦娥五号带回来的月壤样本已经开始交接，我国首次地外天体样品储存、分析和研究工作也正式开始。

值得关注的是，嫦娥五号带回来的月壤样本已经装满了容器，但是质量仅有1731克，不足2千克。

难道是我们在一开始设计容器的时候出现了偏差；还是美国月壤数据有问题，因为我们的容器设计是根据已经公开的月壤样本数据来设计的。

月壤和地球土壤的区别

月壤是月球表面覆盖着一层结构松散的混合物，其主要由岩石的碎屑、粉末以及太空外来物质撞击月球而形成的熔融玻璃等复杂物质组成的。月球上为 1/6g 的小重力真空环境，无风，水，等外应力与生物等因素，所以其土壤生成条件和地球相差甚大。一般来说月壤的形成主要有三个影响因素: 1 宇宙尘埃与陨石的撞击；2 宇宙射线（太阳紫外线，X 射线，伽马射线等）和太阳风粒子的持续轰击破坏岩石的结构；3 大幅度昼夜温差导致岩石热胀冷缩从而破碎。

所以对月壤质量的评估，肯定是和地球土壤不一样的。月壤颗粒的表面往往存在棱角、钩角、锯齿等不极规则结构，由于没有水，风等外应力的作用，其表面相对凹凸，大粒径颗粒往往具有蜂窝状气孔结构。月壤颗粒形状各异，长条状，类三角形，类四边形状等常见的结构使得无法用常规的几何方法去描述月壤颗粒。这种几何特性使月壤或模拟月壤的摩擦角和内聚力都大于普通土壤（摩擦角在 40°-50°之间）。

所以天然状态下月壤的孔隙比是一个重要的物理性指标,可以用来评价月壤的密实程度。一般e<0.6 的月壤是密实的低压缩性月壤,e>1.0 的月壤是疏松的高压缩性月壤。一般而言,地球上粘性土的孔隙率为 30%～ 60% ,无粘性土为 25%～ 45%，而月球孔隙率在 50%左右。孔隙比不同，质量也会不同。

目前，采集的月壤样本比预期更少，可能是以下三种原因，风暴洋物理性质与美苏获取样本有差异；容器设计出现偏差；美国公布数据存在隐瞒。

风暴洋物理性质与美苏获取样本有差异

美苏开采的月球样本大多来自月球正面中低纬度的月海区域，形成年龄集中在32-46亿年前。正是通过对这些样本的分析，从而建立起月球大约46亿年的演化历史，而地球以外的整个内太阳系所有行星的地质演化历史，美苏提供的月球样本也提供了很大的参考价值。

中国获取的月球样本则不一样，中国嫦娥五号登陆的位置是在吕姆克山（Mons Rümker）附近，这是位于风暴洋（Oceanus Procellarum）北部地区的一个1300米高的火山群，，是一个相对年轻的区域，至今不到20亿年。从已有的资料可知，这一带分布着月表最年轻的玄武岩。年龄大概在13亿年左右。这也是中国月壤为什么这么多国家想要的原因，因为非常特殊，美苏都没有。

所以它和美苏获取的土壤样本相比，因为月球活动的差异，以及宇宙尘埃与陨石的撞击差异，还有就是年龄的差异，在物理性质上可能会有一些不同，中国依据美苏的月球样本进行设计容器，从而出现了偏差。

但这也是一件好事，它对于了解风暴洋乃至月球晚期的热演化具有重要意义,对研究岩浆喷发规模和方式,推测月球可能的地质构造活动等有着指示作用。

这也意味着中国获得的月球样本将有助科学家绘制出更清晰的月球历史图景，而且了解这些样本的年龄甚至整个太阳系的年龄，将是行星科学领域的一大飞跃。

容器设计出现偏差

目前地球仅存在 381.7kg 的真实月壤，其中 99%以上都掌握的美国手中，中国仅有 1g。因此，几乎所有进行的月壤性质相关试验的材料均为性质接近月壤模拟材料。

月面采样成功的关键因素之一，是研制出与实际月壤性质相似的模拟月壤，以确保钻取工程的科学性和安全性。为保障嫦娥五号采样返回任务的顺利实施，中国地质大学肖龙教授团队基于美国和前苏联月球返回样品性质的调研和嫦娥五号预选着陆区地质特征、月壤性质等的研究，结合不同的试验目的，研制了一系列不同类型的模拟月壤，包括月海低钛模拟月壤、月海高钛模拟月壤和低重力型模拟月壤等。

低钛模拟月壤

有可能是在月壤模拟实验的情况下，月壤的致密性数据出现了偏差，嫦娥五号表采的月壤密度低，体积相同的前提下,密度越小的物体越轻，所以虽然最后容器装满了，但是质量没有达到2千克。

中国毕竟是第一次采集月壤，出现一点偏差也是很正常的事情，所以无需在意。

美国月壤数据有问题

需要说明一点，美国6次成功登月，这是真实的事情，没有必要造谣阿波罗登月造假，月球上有一面激光反射镜，是“阿波罗”的航天员放置在月球上的。我们从地球上打一束激光到月球上，那个反射镜就会返回来几个光子，根据光子返回来的时间，我们就可以计算出来地球跟月球之间的距离，最近是36万公里，最远是40万公里。而且月亮正以每年三厘米的速度逐渐远离我们地球。如果没有那个激光反射镜，我们是无法得到返回来的光子的。

那是不是美国公布的月壤数据存在部分隐瞒，导致我们设计容器的时候出现偏差，有这样的可能性。因为中国的月壤模拟实验是基于美国和前苏联月球返回样品性质的调研来进行的。

但是也可能是当初阿波罗登月的时候，对月壤样本没有进行密封封装处理，所以样本遭受了一定的污染，对数据产生了部分的影响。

总结

为什么此次嫦娥五号月壤采集不足2千克，具体的原因还要等月壤的分析结果出来，才可以得到答案。

任何航天任务都不可能是完美的，中国带回的1731克已经证明了中国在航天领域的科技实力，而且，1731克也足够中国进行研究。

嫦娥五号任务创造了五项中国首次，一是在地外天体的采样与封装，二是地外天体上的点火起飞、精准入轨，三是月球轨道无人交会对接和样品转移，四是携带月球样品以近第二宇宙速度再入返回，五是建立我国月球样品的存储、分析和研究系统。

我国下一步探月计划，将率先发射嫦娥七号探测器，前往月球南极进行探测，再发射嫦娥六号进行我国第2次采样返回，提前预祝中国航天人再创佳绩。