近日,中国探月工程嫦娥六号任务圆满成功,实现世界首次月球背面采样返回,带回全人类的第一抔月背样品。
作为多次参与国家太空探索计划的香港高校,香港理工大学(以下简称“港理大”)的科研团队研制“表取采样执行装置”,也得到嫦娥六号任务总设计师胡浩高度评价“样品每次都采得比预想要多”。港理大最近通过国家航天局审批,成功获得由嫦娥五号采集的月球土壤样品,也正计划申请嫦娥六号采集的月背土壤样品。
表取采样执行装置
从月球正面到月球背面,土壤为什么越宝贵?月背样品的研究为何有助于完整了解月球的历史?嫦娥六号在月背采样时,为什么比嫦娥五号少4铲,却采得更多?月壤带回地球后为何不能马上分?要如何分?
港理大的科研团队向南方+、GDToday的记者解答了一系列问题。
为什么是港理大的“香港制造”?
在7月3日的新闻发布会上,港理大宣布该校获通过国家航天局审批,成功获得由嫦娥五号采集的月球土壤样品。这也是继香港大学之后,香港的第二所高校获批月球土壤样品进行科学研究。
为什么港理大能申请到珍贵的月壤样品?港理大校长滕锦光认为这是国家对学校的重视和信任。
事实上自2010年起,港理大就已开始参与国家太空探索计划,与中国空间技术研究院的专家携手研制太空仪器,先后协助嫦娥三号、嫦娥四号、嫦娥五号探月任务和天问一号火星探测任务取得成功。
在这次的嫦娥六号任务中,由港理大工业及系统工程学系副系主任、深空探测研究中心主任容启亮带领的科研团队研制的“表取采样执行装置”,配备了封装系统以全自动多点方式采样,为国家完成史上首次在月球背面表上采样。
“国家在安排高校科研团队参与航天任务的时候,主要看重两个方面,一个是对其能力的信任程度,一个是过去的成绩。”滕锦光说,这次科研团队能申请到嫦娥五号的月壤进行研究,感到既荣幸又开心,他们会好好珍惜国家送赠的这份珍贵礼物。
为了妥善保管嫦娥五号的月壤样品,港理大也投入了大量的资源,在前不久刚刚建立了深空探测研究中心的太空资源实验室。实验室不仅拥有1000级别的洁净室,更有的一体式多功能原位分析设备,属于目前世界上非常顶尖的地外样品分析设备。这套分析设备拥有9支不同的分析仪器,比如电子扫描显微镜、离子枪、x光、质谱仪、能谱仪等,能在一次制样后,便对同个样品进行12种不同的分析。
滕锦光表示,太空资源实验室也能研究将来火星、小行星等采样返回的样品。港理大团队也正计划申请嫦娥六号的月壤样品进行研究。
太空资源实验室
为什么带回的月壤是1935.3克?
此次嫦娥六号选择着陆在月球背面南极-艾特肯盆地东北部阿波罗撞击坑边缘,带回了人类第一抔月背样品。
由于月球背面屏蔽了地球的磁场,这里的月壤在电磁性质上与月球正面不同。早前已有专家指出,这些独特的月壤对研究月球的地质演化史、南极-艾肯盆地、月球背面磁场等有着不可替代的价值。
“我们在观察嫦娥六号采样的时候,就发现月球背面的月壤比正面的要更加蓬松。”港理大土地测量及地理资讯学系副系主任、深空探测研究中心副主任吴波认为,通过对两者的区别进行研究,可探寻月球的正面和背面二分性的原因。
嫦娥五号月壤样品
嫦娥六号带回月背样品是1935.3克,在之前预计的2000克目标以内。既然月球背面的月壤被称为最有价值、最有吸引力的稀有样品,为什么不一次性带多一些?
容启亮解释这其实与嫦娥六号返回器的载重有关。嫦娥六号实际上是嫦娥五号的备份星,使用的大部分设备都是一样的,包括挖掘设备和月壤容器。“嫦娥六号留给样品的载重只有2000克,带多可能就飞不回来了。”容启亮笑着说。
也正因容量有限,无论嫦娥五号还是嫦娥六号,对月壤样品的采集都要无比精准。
此次探月工程任务中,港理大团队也对嫦娥六号装置进行多项改进,包括采用了智能快速的创新采样技术,大幅提高采样工作效率。加上月球背面跟正面的月壤结构有所区别,容启亮也发现嫦娥六号每铲的采集量有明显的增加。
“当时我们盯着采样过程,也计算了一下,然后就赶紧提醒‘挖到第8铲就可以停了’。”容启亮说,嫦娥六号这8铲采集的月壤量,比嫦娥五号12铲还多,最后挖出了一个“中”字形,也是一个奇妙的巧合。
月壤怎么分?什么时候分?
嫦娥六号带回来这么珍贵的样品,到达地球后要怎么分?什么时候分?
珍贵的月壤和岩石样本在安全抵达地面的月球样品实验室后,将由地面应用系统的科研团队负责进行妥善的存储与细致的处理,且需要经过一段时间才能揭开“真颜”。
月壤储存及分析系统
容启亮向记者解释,嫦娥六号带回的月壤样品如果贸然开罐,真空环境就会被破坏,“产生冲击力非常大,不是开玩笑”。
所以,解封这样的封装设备需要进行一系列的实验和专业的设备。“要慢慢地注入氮气,再一层层开封,我们设计的样本罐只是第一层。”容启亮预计,“这个过程可能会长达一个月左右。”
月壤怎么分,则需要依照探月与航天工程中心制定的《月球样品管理办法》。
容启亮表示,月壤样品“开罐”后会先经过分析,根据不同的特性分类成一樽樽,然后再公开供科研团队、人员申请。“不同的研究方向,要申请月壤样品也会有区别,不是随便拿一瓶回来就可以的。”容启亮说。
而申请月壤样品研究的审核也非常严格。国家航天局会组织一批院士对申请进行评审,除了要审核科研团队的研究方法、科学价值外,也会对管理环境有要求,以保证月壤能完整归还。
一般而言,月壤样品需在一年内归还国家。但吴波也解释,样品的归还并不代表着研究的结束。研究团队会在这一年的时间里,对月壤样品进行充分的分析,利用这些数据持续进行研究。
吴波说,目前只有中国从月背采集回来月壤,港理大团队也计划申请嫦娥六号的月壤样品进行研究,希望通过分析两种月壤成分的矿物、结构等区别,从而更深入了解月球的形成演化历史。
“所以理想情况是未来有一段时间,港理大可以同时保存月球正面和背面的月壤样品,进行对比研究。”但吴波也表示,即使拿到两种月壤存在时间差,科研团队也能通过前者积累的研究数据,跟后者进行比对。
我国计划2025年前后发射天问二号,开展小行星探测任务;2030年前后发射天问三号和天问四号,分别开展火星采样返回任务和木星系探测任务。对此,吴波表示团队未来也会积极申请这些样本,利用港理大的尖端设备进行研究。
【文字】南方+记者 陈彧 GDToday记者 陈晨
【摄影】GDToday记者 许晓鑫 陈晨
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