深度解析|中国是否应该把月球土壤分给美国?

科技侦探 2024-07-10 11:56:01

在“嫦娥六号”任务成功完成并带回1935.3克的月背样品之后,这一历史性成就吸引了国际媒体的广泛关注。这些样品被转交给中国科学院,标志着中国在太空探索领域的重大进步。

在6月26日,嫦娥六号带回的样品在开箱并进行称重后,第二天在国务院新闻发布会上,法新社记者提问美国科学家是否会参与研究“嫦娥六号”采回的月壤样本。对此,中方相关部门官员的回答非常明确:“中国航天的成就是中国人凭借中国人的努力和智慧实现的。美国的‘沃尔夫条款’阻碍了中国和美国的正常航天交流。如果美方真的希望能跟中国开展正常的航天交流,我觉得他们应当采取切实的措施来清除这些障碍。”中方的回答清楚地表明了立场:不是不分享,而是美方自身设置的障碍。有网友可能会提到,美国曾经赠送过中国月球土壤,认为应该礼尚往来。那么,中国辛辛苦苦采回来的月球背面土壤样品,到底应不应该分给美国呢?

在20世纪60年代至70年代,随着二战后的世界格局形成,美国和苏联展开了激烈的“太空竞赛”。这场竞赛涵盖了航天领域的各个方面,包括发射人造卫星、月球及行星探测器的发射,以及载人航天活动。这场竞赛在客观上推动了航天技术的发展,尤其是对地球唯一的卫星——月球的探索。在1969年6月,美国正准备实施“阿波罗11号”登月任务时,苏联试图抢先一步,于同年6月14日发射了第一颗自动月球采样飞行器,内部编号E-8-5No.402。然而,由于火箭上面级发动机未能点火,探测器未能离开地球,采样任务失败。一个月后,苏联再次尝试,但月球15号在下降过程中发生故障,直接撞上月面,采样任务再次失败。

直到1970年9月12日,苏联第六次尝试,月球16号终于取得成功,到达月球并取回101克月球土壤样品。相比之下,美国早在1969年7月,就已经让阿波罗11号飞船在月球成功着陆,两位宇航员通过人工采集的方式将22千克月壤带回了地球。随着经验的积累和挖掘设备的不断创新,阿波罗12号、14号、15号、16号、17号任务所采集到的月球土壤数量成倍增长。在“阿波罗17号”任务中,美国宇航员共采集了111千克700余个样本,这些样本占美国历次月球采集总量的近三分之一,并且他们还成功采集了一根长达3米的月球岩芯。

尽管苏联的月球16号任务在深空探测历史上具有重要意义,因为它是首个在月球上进行自动采样并返回地球的探测器,开创了无人采集月壤的模式。然而,在1971年至1976年间,苏联又发射了5个月球采样探测器执行月球自动采样任务,但仅有两次成功。一次是1972年2月14日发射的月球20号探测器,它成功在月球软着陆,并采集了55克的月球样品。另一次是1976年8月9日发射的月球24号,它降落在月球的危海区域,并成功采集了深度为2米的月球表面样品,共计170克。

直到2020年,中国嫦娥五号任务的成功,结束了长达44年的月球土壤采集空白。那么,为什么航天大国如此钟情于采集月壤呢?在月球的表面,月壤如同无尽的海绵,几乎无处不在。每当探测器着陆,月尘便随风飘散,覆盖在设备上,甚至渗入微小的裂缝中,给任务的安全带来潜在风险。月球的重力,仅为地球的六分之一,这使得月壤颗粒在太空风化的作用下,其电磁性质发生了变化,粘附力大大增强。宇航员在进行出舱作业时,很容易被这些细小的颗粒粘附,尽管它们看似微不足道,但尖锐的边缘对宇航员构成严重威胁。

因此,为了探索月球,甚至在未来建立月球基地,我们必须深入研究月壤,这是探索月球的基础。月壤本身是一种宝贵的资源。月球上蕴含着大量的氦-3,这种地球上稀缺的同位素,是在1985年通过对“阿波罗”带回的月球岩土样品进行分析后发现的。氦-3作为一种可控核聚变的燃料,其产生的能量是开采所需能量的250倍,远远超过铀-235核裂变反应。100吨氦-3的核聚变能量足以满足全球一年的能源需求,且这一过程不会产生中子二次辐射,更加清洁和可控。此外,氦-3还是获得极低温环境的关键制冷剂,对于超导、量子计算和拓扑绝缘体等前沿研究领域至关重要。

然而,地球上的氦-3储量有限,主要来自放射性元素铀和钍的衰变,其储量仅约0.5吨,无法满足现有需求。相比之下,月球上的氦-3储量巨大,这是因为月球没有地球那样的磁场,无法阻挡太阳风中的氦-3,使其得以在月球表面积累。自20世纪末以来,科技界对月球资源的兴趣日益增长,掀起了所谓的“月球淘金热”。然而,如何在月球上原位、高效地开采氦-3仍然是一个技术难题。以往的研究认为,氦-3溶解在月壤颗粒中,提取氦-3受扩散速率限制,需要700℃以上的高温,既耗能又慢,不利于在月球上原位开采。然而,中国的研究人员通过对嫦娥五号带回的月壤进行分析,发现了一个新的可能性。他们发现,月壤中的钛铁矿颗粒表面存在一层非晶玻璃,在这层玻璃中可以观察到大量直径约为5-25纳米的氦气泡,这些气泡主要位于玻璃层与晶体的界面附近。

研究人员认为,这些氦原子最初由太阳风注入钛铁矿晶格中,之后在晶格的沟道扩散效应下,氦原子逐渐释放出来。而表层玻璃的原子无序堆积结构限制了氦原子的释放,使氦原子被捕获并逐渐储存起来,形成了气泡。这意味着,如果能够敲碎这层玻璃,就可以在常温下提取以气泡形式储存的氦-3。此外,钛铁矿具有弱磁性,可以通过磁筛选将其与其他月壤颗粒分开,便于在月球上原位开采。通过精心设计的阶段升温提取实验,中国的科学家们成功确定了从嫦娥五号带回的月壤中提取氦-3的最佳温度条件。这些研究成果不仅为我国在月球氦-3资源的总量估算和勘探开发提供了坚实的数据支持,也为未来的太空探索奠定了科学基础。

月壤的科研价值同样不容小觑。由于月壤长期暴露在太阳辐射之下,其独特的剖面记录了超过30亿年的太阳辐射历史和太阳物质的沉积,为研究太阳提供了珍贵的样本。此外,月球表面的月壤还承载着地球风对月球的影响,通过对月球正面和背面的月壤进行比较分析,科学家们可以揭示30多亿年前地球大气的组成和地球磁场的变化。月壤本身是由月球表面的岩石构成,其中蕴含着丰富的月球形成和演化的信息。例如,美国科学家通过对阿波罗11号带回的月面土壤样品进行分析,发现月面上土壤由微小的桔红色玻璃颗粒组成,这些颗粒富含铝、硫和锌,是在月壳部分融化过程中形成的,并在火山活动的作用下喷射到月球表面。

我国嫦娥五号任务带回的月壤样品中,有85.48克被分配给了国内131个研究团队,这些研究团队共发表了105篇科技论文。通过这些研究,我国科学家发现嫦娥五号月壤样品中的玄武岩形成于20亿年前,将月球火山活动的结束时间推迟了约8亿年,并为撞击坑定年曲线提供了关键的锚点,大幅提高了内太阳系星球表面撞击坑定年的准确度。同时,我国科学家还发现了月球第六种新矿物“嫦娥石”,这种富含稀土元素的新磷酸盐矿物质,直接将月球火山活动结束时间推迟了约8亿年,并为太阳风成因机制的研究提供了新的科学成果。此外,研究人员在嫦娥五号带回的月壤矿物中发现了至少170ppm的水含量,这证实了月球月表下确实存在水。

通过对月壤的深入分析,人类在月球形成、演化、太空风化作用与机制以及资源利用等多个领域取得了丰硕的研究成果,对科学、技术和工程产生了深远的影响。而我国对月壤的研究,正是从美国赠予的那一克月壤样品开始的。在1978年5月的一个历史性时刻,时任美国总统卡特的国家安全事务助理布热津斯基访问了中国,此行他不仅向我国赠送了一面据说曾经在月球上飘扬的五星红旗,还赠送了1克由阿波罗17号宇航员采集的月岩。这份宝贵的礼物后来被分成两半,其中一半用于科普教育,被珍藏在北京天文馆,另一半则用于科学研究,标志着中国人对月壤研究的正式开始。我国的研究团队仅用这0.5克样品,就发表了14篇科学论文,展示了我国在月壤研究领域的潜力。

美国当年向中国赠送这1克月球岩石样品,主要是出于拉拢中国对抗苏联的战略考虑,但月球及其资源的归属权在当时仍然存在争议。上世纪60年代中期,为了和平地探索和利用外层空间,各国签订了《各国探索和利用外层空间活动的法律原则宣言》。在此基础上,联合国大会于1966年12月19日通过了《外层空间条约》,明确规定:“各国不得通过主权要求、使用或占领等方法,将包括月球与其他天体在内的外层空间据为己有。”然而,《外层空间条约》在确保月球和其他天体仅用于和平目的,以及确保所有人共享外层空间资源的权利等方面,并未获得国际社会的一致认可。因此,苏联在1971年提议联合国大会制定一部《月球国际条约》,经过长达8年的谈判,《月球协定》于1979年12月5日在联合国大会上通过,并于1984年7月11日正式生效。

根据《月球协定》,月球及其自然资源被视为全体人类的共同财产,这意味着否认了国家及私人实体对外层空间资源的所有权。尽管如此,国际上对此始终未能达成共识。因此,在全世界200多个国家和地区中,截至目前只有17个国家加入了该协议,而那些已经具备探月能力的国家并未加入。关于月球及其表面资源的所属权,尚无统一定论。分享月壤是一种情分,而不分享则是本分。中国的国际航天合作政策一贯强调平等互利、互惠互利的原则。2023年8月,中国国家航天局发布了《月球样品及科学数据国际合作管理细则》,详细规定了月球样品借用、分发、使用、返还以及科学数据申请和发送的流程和管理办法。

细则中明确指出:“国家航天局作为月球样品及科学数据的提供方,享有上述成果的使用权。国家航天局鼓励中外科学家开展研究成果的共享或互换。”对于中美关系,网友可能知道,1999年的《考克斯报告》和2011年的“沃尔夫条款”都对中国航天国际合作造成了障碍。然而,在2020年嫦娥五号带回1731克月壤样品后,美国对中国向俄罗斯和法国赠送1.5克科学用月球样品表示羡慕,并在2023年11月突然开放月壤申请后,一口气申请了5份样品。令人意外的是,中国竟然一次性批准了美国的申请,让一直指责中国缺乏透明度的美国感到尴尬。事实上,这并不复杂,因为中国有义务回报当年中美建交前美国赠送的那一克月壤的人情。中国人讲究滴水之恩当涌泉相报,所以这次可以看作是还清当年的感情债。

嫦娥六号的任务是去月球背面的南极-艾特肯盆地进行采样,这是世界独一份的样本。按常理来说,中国是愿意分享的,但对于美国来说,这回可能就不能像上次那样白拿。我们不是一直强调平等互利、互惠互利吗?那么,美国想要嫦娥六号取回来的月壤也可以,但总得拿出点诚意来,不是吗?例如,美国不是在2023年9月24日在小行星101955“贝努”上取到了250克样品吗?如果中国的研究能看上眼的话,没准还能合作研究这事儿,毕竟高端局都是这么朴实无华的。

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