我們可以用月塵做點什么？

編譯 王曉濤

2023年8月11日，一枚俄羅斯火箭離開地球，奔赴月球南極區(qū)域?；鸺洗钶d著月球-25號探測器，后者的任務是更好地了解月亮這顆巖石衛(wèi)星的表面。遺憾的是，因為發(fā)動機未能及時關閉，探測器于8月19日墜毀在月球表面。美國宇航局也有一個類似的任務，計劃于2023年11月發(fā)射。印度的最新月球探測器、2023年7月發(fā)射的月船3號如果一切順利，也很可能會在月球的塵土中東挖挖、西挖挖。

月球表面似乎一下子吸引了全世界的目光，這是為什么？要知道，除了人類留下的幾個腳印和高爾夫球，月球表面似乎很是無趣。

事實證明，月球表面充滿秘密，尤其是表面覆著的精細塵埃?？茖W家期望在月球土壤中找到有關我們太陽系形成的線索，收集其他星球是什么樣子的備選答案。另外，月球也是新一代載人航天任務的目的地和人類第一座永久地外前哨基地最可能的選址。因此，我們不僅要學習如何與月塵這種惱人的物質共存，更需要了解怎么用這種物質造東西。換句話說，我們得親自動手，讓雙手沾上這些看上去臟兮兮的物質。

或者說，我們得讓雙手變得像風化層一樣。

“風化層”（Regolith）一詞——地質學家喬治 ? 梅里爾（George Merrill）在1897年創(chuàng)造了這個術語——來自古希臘詞匯“毯子”和“巖石”，指的是一種混雜著巖石和精細顆粒的未固結松散覆蓋物。地球上就有很多風化層，只不過我們總是叫它們別的名字，比如：土壤、沖積物、火山灰等。

不過，在月球上，我們就只有……風化層。另外，無論是從物理角度還是從化學角度上說，月球上的風化層與我們在地球上認識的各種物質都不相同。

在很長一段時間里，我們對月塵這種怪異的物質知之甚少。去過月球的宇航員告訴我們，月塵聞起來像是火藥，而且邊緣非常銳利。我們也成功地把一些月塵帶回地球，加以研究。中國國家航天局2020年的嫦娥五號任務成功地把差不多2千克月球土壤樣本帶回了地球。50多年前，三艘蘇聯(lián)月球探測器帶回了326克月球土壤，而美國宇航局6次成功的阿波羅登月任務總計帶回了382千克月球土壤。（遺憾的是，這些樣本被污染了——砂礫般鋒利的月塵切開了最早盛裝樣本的容器，使得這些月球土壤暴露在地球空氣和水分中，發(fā)生了永久性改變。）

月球風化層的起源可以追溯到幾十億年前月球表面到處都是活火山的時期。不過，和地球上的風化層不同，月球巖石、土壤從來沒有暴露在風和雨水之下，因而十分銳利——風的風化作用和水的侵蝕作用可以磨碎碎巖，使巖石變得圓潤、平滑。相反，月球巖石、土壤暴露在自己的天氣下：空間天氣。這比地球上的肥沃土壤遭遇的最惡劣天氣還要嚴酷得多。

大部分月球風化層曾經都由更大、更堅固的石塊構成。然而，數(shù)十億年外來天體的撞擊把月球風化層磨成了邊緣銳利的精細粉末。月球自誕生起就一直受到龐大小行星或彗星的撞擊。這些不速之客可以把整個隕石坑炸飛，讓巖石、土壤等物質濺射到整個月球表面（在某些情況下，還能一路濺射到地球）。除了擊碎巖石，撞擊還會產生足以形成熔融鵝卵石的熱量。這些鵝卵石在重新回到月球表面之前就會冷卻，以微小玻璃狀珠子的形式嵌入風化層——這就是執(zhí)行阿波羅任務的宇航員看到的紅色月塵，它們就在月球表面之下一點點的位置，不難發(fā)現(xiàn)。當然，龐大小行星或彗星的大規(guī)模撞擊只是偶爾發(fā)生。除此之外，月球還經常受到微流星體的轟擊，這個過程和小行星、彗星撞擊并沒有什么不同，只是規(guī)模小得多，卻可以把受到撞擊的物質碾成精細粉塵。

太陽則是另一個因素。由于沒有大氣這層“保溫被”，月球表面的溫度會在一天中經歷跨度達到幾百攝氏度的波動。月球表面在受到陽光照射時可以啟動化學反應，但一旦曬不到太陽，化學反應又會立刻停止。還有宇宙射線，也就是以接近光速涌入太陽系的各種微小帶電粒子。宇宙射線擊穿月球土壤后，會對后者造成微觀尺度上的破壞。它們深深鉆入風化層，留下一系列“改造”后的化學物質。

最后的結果就是，相比最普通的地球殼層，月球風化層的鈦、鎂、鈣、鐵等金屬含量要高得多，但硅和氧的含量就相對較少，這使得以月球為基地開展工農業(yè)生產成了一項復雜且高度不確定的事業(yè)。

當談及月球巖石遍布、塵土飛揚的表面時，我們心中的疑問仍舊遠遠多于答案。目前，我們對月球表面的所有了解都來自我們已經獲取的微不足道的樣本（公正地說，我們從其他星球帶回地球進而加以研究的就只有這些月球土壤樣本，彌足珍貴），繞月衛(wèi)星的遠距離探測以及地基望遠鏡的觀測。

我們仍舊不知道宇宙射線與太陽輻射如何與那些我們熟悉的分子發(fā)生相互作用，進而把它們轉化成奇奇怪怪的新組合。我們仍舊不知道留存到現(xiàn)在的月球受轟擊記錄——就是月球表面那成百上千的撞擊坑——能夠告訴我們哪些關于太陽系形成之初的信息。說到這里，其實我們仍舊不知道月球當初是怎么形成的。找到這些問題的答案有助于科學家拼湊出有關太陽系形成的更多細節(jié)，還能幫助我們更深入地認識地球軌道之外宇宙的樣子。月球是一座宇宙實驗室，是太陽系中人類最容易抵達的星球，通過月球，我們可以直接研究地外世界的種種屬性。

所以，我們還有很多事要做，很多地方要去。月球表面積超過3 600萬平方千米——大概相當于俄羅斯、加拿大和美國的陸地總面積。毫無疑問，勘探、挖掘、細致研究月球表面物質絕不是什么輕松的任務。好在，工程師和科學家已經想出了一些聰明的解決辦法。舉個例子，最近贏得了美國宇航局創(chuàng)新先進概念計劃資助的“余燼核心閃光燈”（EmberCore Flashlight）項目，會使用未來月球車放射性電源自然產生的X射線和γ射線照亮月球表面，收集各種有關月表性質的珍貴信息，且勘探區(qū)域遠超月球車的正常探測范圍。

當然，人類最終還是得親身登月，沒有任何探測活動可以代替人類勘探。相比我們現(xiàn)在使用的各種著陸器、月球車，下一代月球科學家在能力、反應速度和適應性上無疑都要強上幾個數(shù)量級。然而，月塵會嚴重干擾人類的探索任務，在這樣殘酷的現(xiàn)實面前，下一代月球科學家起初也一定會經歷一段漫長的艱難時期。

月塵對人類的影響主要體現(xiàn)在幾個方面。其一，和地球土壤不同，月球風化層中沒有氧分——反而含有過量重金屬，相當不適合植物生長。當然，從技術層面上說，地球植物也能在月球風化層中活下來，但恐怕很難保持健康。或許，未來的月球移民不得不采用大規(guī)模水培種植，或是通過相關工程大規(guī)模改造月球風化層，提升其氧含量，使其變得適宜耕種。

其二，經過數(shù)十億年太陽風和宇宙射線的連續(xù)沖擊，月塵已經被磨成了一種類似滑石粉的精細粉末。它們會附著在一切物體上，即便是最微小的縫隙也逃不過它們的入侵。月塵的磨蝕作用驚人，一般來說肯定對肺、皮膚、密封容器和各種機械極其有害。

然而，如果我們真的要在月球上長期生活，那么只是和風化層和平相處是遠遠不夠的，我們還必須想辦法讓它們?yōu)槲覀兯?。月球表面環(huán)境嚴酷，而未來的任何人類定居點都肯定需要大面積生活區(qū)。我們不可能把每一層樓、每一面墻、每一片屋頂、每一根支撐梁和椽子都從地球搬到月球上。至少在未來幾代人的時間跨度內，高昂的軌道發(fā)射費用否決了這種大規(guī)模遷移部署的可能性。因此，如果我們要在月球上建造房屋、倉庫、道路以及各種與人類文明相關的建筑，那必然需要更大程度實現(xiàn)就地取材。

1985年，匹茲堡大學地質物理學家拉里 ? 拜爾（Larry Beyer）構思了一種叫作“月球混凝土”（Lunarcrete）的建筑材料，它可以把月球風化層轉變成混凝土。與地球上的混凝土一樣，月球混凝土也由骨料、水和水泥構成，而骨料主要就由月球風化層充當，畢竟它們在月球上到處都是，儲量豐富、開采簡單。水反而是個大問題，但月球兩極撞擊坑中的冰狀沉積物可能就含有水。水泥則用月球巖石中富含鈣的沉積物生產。

借助阿波羅任務取得的月球表面樣本，我們已經開展了不少相關實驗，并且證明月球混凝土的構想在基礎層面上具備可行性。不過，由于缺少更多樣本，更深入的實驗已無法開展。

其他研究人員則向國際空間站發(fā)送了人類模擬生產的月球風化層，以研究這種材料是否有能力作為3D打印的原材料。他們希望這項工作能為未來的人類月球移民活動打好基礎——按照他們的設想，未來人類移民可以以月球巖石為材料，把它們打印成各種有用的形狀，成為構筑人類月球基地的基礎。

雖然移民月球聽上去很遙遠，但我們總是需要邁出第一步，先得了解如何規(guī)避地外風化層的危險，再去思考如何對它們加以利用，從而獲取進一步探索太陽系的基本技能。有月球做沙盒，我們很走運。