■新聞緣起

　　澳大利亞古生物學家伯格—拉斯穆森已經在西澳大利亞發現已有10億年曆史的靜海石，以前它被認為是月球上獨有的礦石。拉斯穆森表示，他們在澳大利亞的6個地點發現這種礦石，也許它在地球上“很普遍”。

　　探索月球似乎是一個經久不衰的話題。人類對月球的觀測、探測與研究貫穿了整個人類的文明史。從1969年尼爾阿姆斯特朗和巴茲奧爾德林成為最先登陸月球的人類開始，人類探索月球的腳步不曾停歇。月球上蘊藏著極其豐富的礦物，地球上最常見的17種元素在月球上可謂比比皆是。在物質能源需求不斷擴大的今天，人類不禁暢想：是否可以將月球發展成為我們的天然礦場？這一暢想能否實現？在探索過程中我們會遇到哪些困難？本期共享科學邀請中國科學院地球化學研究所副研究員李雄耀為讀者解讀月球礦石。

　　———— 月球礦岩 ————

　　月球上的稀有金屬儲藏量比地球還多

　　眾所週知，月球存在很多珍稀礦藏，稀有金屬的儲藏量比地球還多。但具體分佈著哪些礦源對大眾來説還是一個空白點。李雄耀副研究員對這個問題做出了介紹：“在月球上存在豐富的鈦鐵礦，主要存在於月海玄武岩中，它是提取鈦和二氧化鈦的最主要礦物原料。還有一些揮發性的氦-3，它作為一種潛在能源，賦存在月壤中，具有很高的開採價值，我們可以從月壤中把它收集起來加以利用。”

　　李雄耀副研究員還説：“相對地球上的礦物資源，我認為最為珍稀的還屬克裏普岩。”克裏普岩是月球上的一種有特殊化學成分的棕黃色玻璃狀岩石。現在普遍認為克裏普岩是由一個在45億年前撞擊地球的火星似物體導致。這次撞擊導致大量的物質流進了地球軌道上，然後形成了月球，大部分的物質在月球中溶化，然後形成了岩漿海洋。岩漿海開始結晶，橄欖石、輝石等礦産沉沒，然後形成了月球的地幔。這時鈣長石開始結晶，由於其密度低及浮動，鈣長石的結晶慢慢地形成了一個斜長岩殼。這次的結晶也就形成了克裏普岩。

　　月球礦岩中的氦-3可作為核能原料

　　在經濟高速發展的今天，地球上很多不可再生資源在加速枯竭。如何協調資源與發展的平衡成為一大難題。那麼月球上這些琳瑯滿目的礦岩能否為人類可持續發展提供幫助？

　　首先我們不得不提的是，目前已被世界公認的高效、清潔、安全的核聚變發電燃料——“氦-3”。李雄耀副研究員表示説，人類可以從月球上的一些礦物裏將氦-3收集起來，作為核能的原料。根據科學統計表明，10噸氦-3就能滿足我國一年所有的能源需求，100噸氦-3便能提供全世界使用一年的能源。

　　物以稀為貴，克裏普岩作為月球上獨有的一種珍稀岩石，為人們所關注。對此，李雄耀副研究員説：“月球上的克裏普岩裏富含了大量的鉀、磷以及稀土元素，將來可能作為這些元素的礦床進行開採。其中稀土元素已廣泛應用於電子、石油化工、冶金、機械、能源、輕工、環境保護、農業等領域。我國雖然擁有豐富的稀土礦産資源，但由於開採、出口力度大，稀土資源在不斷減少。面對這一現實，我們設想今後或許能利用一下月球上的克裏普岩。”

　　———— 開採困擾 ————

　　開採難度系數大

　　作為距離地球最近天體的月球，首當其衝的成為解決地球能源危機的理想之地。李雄耀副研究員對“將月球作為人類礦場”這種看法表示，從月球上汲取能源或許不失為一種途徑，但是從技術實現上來講，目前我國還沒有這個能力去月球上開採利用，因為代價太高。

　　“對月球礦物實現開採利用首先需要找到某種介質來代替人手，因為有很多東西是人沒辦法實現的。但這種開採活動勢必要有人為參與，這就要求我們必須考慮人類在月球如何長期生存的問題。還有一個問題是在月球特殊的環境下，我們可以用什麼辦法去開採利用？包括能源供給，利用太陽能還是核能或者其他的能源？”李雄耀副研究員的一席話讓人陷入沉思。

　　基本生存成問題

　　月球不適宜人類生存，一個重要原因就是它沒有我們人類生存所必須的空氣和食用水資源。雖然在1998年美國太空總署發射的“月球勘探者”宇宙飛船收集回來的資料上初步估計，應有2.6萬億至80萬億加侖凝結的水在月球上，這相當於一個中等大小的湖，但可惜的是都已凝結成冰，並與月壤混合形成所謂的“臟冰”，很難加以利用。月球的科學探測結果同樣明確的告訴我們，除了缺少水資源外，月球上的大氣也極其稀薄，約為地球上的一萬億分之一，這等於説，月球表面實際上沒有空氣。

　　李雄耀副研究員補充説：“還有人類生存的溫飽問題，在月球上我們怎樣營造人類長期生存的環境，以解決地球運送必需品的高成本問題，這個問題也需要科學家認真思考。”

　　輻射、顆粒難避免

　　月球上有許多東西能殺人于無形：真空，極端高溫或低溫……排在榜首的是宇宙輻射。我們生存的地球由於受到其磁場和磁氣圈的保護，所以才能躲避太陽、超新星都會帶來大量的輻射。而月球就沒那麼幸運了。沒有像地球大氣那樣的保護層，月球就完全赤裸裸地暴露在太陽風暴之下。輻射強度之大可想而知。

　　而流星等一些微顆粒對月球的撞擊次數則比人們想象的要多。與輻射類似，撞向地球的流星會在大氣層中解體，所以不會造成太大危害。但是月球沒有大氣層的保護，流星便直接撞向月球表面。大多數流星是塵埃形式的，它們的撞擊難以發現。但是最大的碎片能夠在月球表面上撞擊出一個環形山，並放出亮光和熱量。一些閃光能夠在地球上觀察得到。

　　灰塵危害不可忽視

　　月球灰塵一直困擾著宇航員和科學家們，“阿波羅”宇航員曾指出：在月球表面，最惱人的問題還是灰塵。

　　月球灰塵的麻煩起源於月球土壤的奇異特性。月球土壤為灰色粉塵狀泥土，它是微小隕石撞擊月球表面的岩石後産生的微細粒子。不過，在撞擊中，撞擊所産生的能量又將泥土熔化並成為蒸氣，隨後冷卻聚集在土壤微細粒子上，在粒子上形成了具有光澤的表殼。

　　李雄耀研究院説：“月球灰塵帶有靜電，這些帶電粒子可以通過宇航員的倉外活不可避免的帶入宇宙飛船的內部，也可以進入一些儀器設備的內部，從而導致異常事故的發生。”根據美國國家宇航局約翰遜太空中心邦妮庫伯的研究，月球微細粒子錶殼中的鐵有可能被吸入人體肺部並進入血液循環。初步研究顯示，人體吸入月球灰塵可能造成包括鐵中毒和塵肺病在內的健康危害。

　　———— 專家提醒 ————

　　開發月球資源，前期的研究與探索很重要

李雄耀（中科院地球化學研究所副研究員）

　　從能源利用方面來説，很多國家都提出了利用月球資源的想法，我認為首先我們應該要做的一件事，就是加大前期的研究，把一些關鍵性的問題梳理出來，進行技術攻關，這其中包括我們如何在一個極端的環境下，如何去提取資源，如何加以利用，如何提供能源的供給，包括如何給人為活動順利進行提供一個保障系統，我們就應該在建立月球基地之前，做好一個前期的研究與探索。 (文實習生 徐冰)

　　延伸閱讀

　　第一座月球核電站明年問世

　　這第一座太空核電站，考慮要生産電力供應月球、火星和其他星球上的載人或無人基地，這座核電站看起來真的像是來自外太空，這是這一項目的領導説的，是在美國化學協會（ACS）第242次全國會議暨博覽會（242nd National Meeting & Exposition）上講的。

　　詹姆斯 E.沃納（James E. Werner）説，表面電力應用的創新裂變技術遠不同於熟悉的地面核電站，地面核電站要佔據大片土地，而且有冷卻塔等大型建築。

　　沃納説：“人們總不會把裂變電力系統當作核反應堆。反應堆本身約11/2英尺寬，21/2英尺高，大約有一個隨身攜帶的手提箱大小。沒有冷卻塔。裂變動力系統是一個緊湊、可靠、安全的系統，這是至關重要的，可用於在其他行星上建立前哨基地或常駐地。裂變發電技術適用於地球和月球上、火星上或美國宇航局認為需要持續供電的其他地方。”

　　這一研究小組計劃在2012年製成一個技術示範機組。這是美國國家航空航天局（NASA）和能源部（DOE）的一個合作項目。沃納領導能源部的愛達荷國家實驗室（Idaho National Laboratory），參與這一工作，其中包括參與反應堆設計和建模團隊，燃料開發和製備，還要開發一台小型電動泵，用於液態金屬冷卻系統。

　　在過去，陽光和燃料電池是太空飛行任務發電的重要支柱，但工程師們意識到，太陽能有它的局限性。在近地軌道和星載設備供電上，太陽能電池非常出色，但核能發電具有一些獨特的功能，可以支持在其他行星或衛星上的載人前哨基地。

　　“太陽能和核反應堆之間最大的區別是，核反應堆可以在任何環境下發電，”沃納解釋説。 “裂變發電技術不依賴陽光，這使它能夠生産大量穩定的電力，適用於夜間或惡劣的環境，比如月球或火星上所見的環境。在月球上的裂變電力系統可産生40千瓦以上的電力，大約相當於供應地球上8個家庭所需的電力。”此外，他説，裂變電力系統可以運行在不同的地點，如隕石坑，峽谷或洞穴都可以。

　　沃納説：“主要的一點是，核電有能力提供一種電力豐富的環境，服務於宇航員或我們太陽系中任何地方的科學綜合工程，而且這項技術很成熟，價格適中，可安全使用。”

　　裂變發電系統依靠的能量産生於核裂變。核裂變運行，會分裂鈾原子以産生熱量，然後將熱量轉換成電力。裂變電力系統的主要組成部分，類似于目前使用的商業反應堆中所見的那些：熱源，功率轉換，散熱以及功率調節和配電。

　　沃納補充説，儘管組件上有類似的地方，但是，太空用的裂變發電系統的功能，與商業反應堆相比還是有大量不同之處。

　　“雖然物理原理是相同的，但是，它的低功耗水平，反應堆控制，以及把中子反射回堆心所用的材料都是完全不同的，”沃納説。“重量也是一個重要因素，在太空反應堆中必須最小化，但商業反應堆就不考慮。”

　　沃納爭辯説，一旦這項技術得到開發和驗證，它可能會證明是最經濟實惠和多功能的選擇之一，可為常駐基地供電，用於太空探索工程。