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(wù)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(jī)未能及時關(guān)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(wù)，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(xì)塵埃?？茖W(xué)家期望在月球土壤中找到有關(guān)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(wù)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(xué)習(xí)如何與月塵這種惱人的物質(zhì)共存，更需要了解怎么用這種物質(zhì)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(zhì)。

或者說，我們得讓雙手變得像風(fēng)化層一樣。

“風(fēng)化層”（Regolith）一詞——地質(zhì)學(xué)家喬治 ? 梅里爾（George Merrill）在1897年創(chuàng)造了這個術(shù)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(xì)顆粒的未固結(jié)松散覆蓋物。地球上就有很多風(fēng)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(fēng)化層。另外，無論是從物理角度還是從化學(xué)角度上說，月球上的風(fēng)化層與我們在地球上認(rèn)識的各種物質(zhì)都不相同。

在很長一段時間里，我們對月塵這種怪異的物質(zhì)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(wù)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(wù)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(fēng)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(fēng)化層不同，月球巖石、土壤從來沒有暴露在風(fēng)和雨水之下，因而十分銳利——風(fēng)的風(fēng)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(yán)酷得多。

大部分月球風(fēng)化層曾經(jīng)都由更大、更堅固的石塊構(gòu)成。然而，數(shù)十億年外來天體的撞擊把月球風(fēng)化層磨成了邊緣銳利的精細(xì)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(zhì)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(chǎn)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(fēng)化層——這就是執(zhí)行阿波羅任務(wù)的宇航員看到的紅色月塵，它們就在月球表面之下一點(diǎn)點(diǎn)的位置，不難發(fā)現(xiàn)。當(dāng)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(jīng)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(zhì)碾成精細(xì)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(jīng)歷跨度達(dá)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(xué)反應(yīng)，但一旦曬不到太陽，化學(xué)反應(yīng)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(fēng)化層，留下一系列“改造”后的化學(xué)物質(zhì)。

最后的結(jié)果就是，相比最普通的地球殼層，月球風(fēng)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)成了一項復(fù)雜且高度不確定的事業(yè)。

當(dāng)談及月球巖石遍布、塵土飛揚(yáng)的表面時，我們心中的疑問仍舊遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jīng)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(jìn)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(yuǎn)距離探測以及地基望遠(yuǎn)鏡的觀測。

我們?nèi)耘f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(jìn)而把它們轉(zhuǎn)化成奇奇怪怪的新組合。我們?nèi)耘f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(guān)于太陽系形成之初的信息。說到這里，其實我們?nèi)耘f不知道月球當(dāng)初是怎么形成的。找到這些問題的答案有助于科學(xué)家拼湊出有關(guān)太陽系形成的更多細(xì)節(jié)，還能幫助我們更深入地認(rèn)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(dá)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(dāng)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(xì)致研究月球表面物質(zhì)絕不是什么輕松的任務(wù)。好在，工程師和科學(xué)家已經(jīng)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(jìn)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(chǎn)生的X射線和γ射線照亮月球表面，收集各種有關(guān)月表性質(zhì)的珍貴信息，且勘探區(qū)域遠(yuǎn)超月球車的正常探測范圍。

當(dāng)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(xué)家在能力、反應(yīng)速度和適應(yīng)性上無疑都要強(qiáng)上幾個數(shù)量級。然而，月塵會嚴(yán)重干擾人類的探索任務(wù)，在這樣殘酷的現(xiàn)實面前，下一代月球科學(xué)家起初也一定會經(jīng)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(fēng)化層中沒有氧分——反而含有過量重金屬，相當(dāng)不適合植物生長。當(dāng)然，從技術(shù)層面上說，地球植物也能在月球風(fēng)化層中活下來，但恐怕很難保持健康?；蛟S，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(guān)工程大規(guī)模改造月球風(fēng)化層，提升其氧含量，使其變得適宜耕種。

其二，經(jīng)過數(shù)十億年太陽風(fēng)和宇宙射線的連續(xù)沖擊，月塵已經(jīng)被磨成了一種類似滑石粉的精細(xì)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(jī)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(fēng)化層和平相處是遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(yán)酷，而未來的任何人類定居點(diǎn)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(nèi)，高昂的軌道發(fā)射費(fèi)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(guān)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(xué)地質(zhì)物理學(xué)家拉里 ? 拜爾（Larry Beyer）構(gòu)思了一種叫作“月球混凝土”（Lunarcrete）的建筑材料，它可以把月球風(fēng)化層轉(zhuǎn)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(gòu)成，而骨料主要就由月球風(fēng)化層充當(dāng)，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(chǎn)。

借助阿波羅任務(wù)取得的月球表面樣本，我們已經(jīng)開展了不少相關(guān)實驗，并且證明月球混凝土的構(gòu)想在基礎(chǔ)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(chǎn)的月球風(fēng)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(chǔ)——按照他們的設(shè)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(gòu)筑人類月球基地的基礎(chǔ)。

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