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根據《焦耳》（Joule）雜志刊載的一項最新研究[1]，來自我國南京大學的科學家分析了嫦娥五號的月球土壤，結果有了一項新發現，月壤可以作為巨大的火箭燃料來源，未來的星辰大海就能從月球開始。那么，月壤中究竟有什么東西呢？

月球是迄今為止人類唯一涉足過的外星世界，而且到過的人鳳毛麟角。半個世紀前，美國宇航局（NASA）的阿波羅載人登月飛船，先后6次成功登陸月球正面，12位宇航員踏上了月球表面。

阿波羅宇航員在月表上收集了不少的月壤和月巖，最終帶回了381公斤的月球樣品。1978年，美國送了一顆1克重的月巖給我們，當時我國科學家用了其中一半做研究，分析了月球物質的成分。

但0.5克的月巖用于研究還是太少了，想要深入了解月球成分，我們需要更多的月球樣品。終于在2020年，我國發射的嫦娥五號無人探測器成功登陸月球，挖到了1.731公斤的月巖和月壤，并成功將它們帶回地球。

目前，嫦娥五號的月球樣品已經進行了4次分發，我國很多科研院校正在對月壤和月巖開展廣泛而又深入的研究。通過研究發現，嫦娥五號帶回的樣品只有20億年左右，這要比阿波羅樣品年輕了至少十幾億年，表明月球的地質活動時期要比此前認為的更長很多。

除了研究月球的演化史之外，科學家還有非常重要的研究目標，那就是尋找月壤和月巖中蘊藏的資源。此前，我國科學家測定了嫦娥五號月球樣品的各種元素含量，結果發現這與阿波羅月球樣品的差異非常大。

嫦娥五號月球樣品的首次發現

根據這項新研究，南京大學的科學家發現，嫦娥五號月球樣品中存在富含鐵和鈦的化合物，這可以被用作催化劑，并且在太陽光的作用下，就能把水轉變成氧氣，把二氧化碳轉變成火箭燃料。這項發現具有非常重大的現實意義。

雖然月球離地球很近，都在太陽系的宜居帶內，但兩個星球的環境卻是迥然不同。地球被大氣層覆蓋，地表有可供生物呼吸的氧氣，還有大量的液態水，成百上千萬個物種在地球上繁衍生息。

相比之下，月球顯得非常貧瘠，月表遍布隕石坑和玄武巖月海，沒有大氣層，沒有液態水，沒有任何的生機，一片死寂。月壤中不存在有機養分，要想直接在月壤上種菜也是不可能的。

盡管月球上沒有生機，而且也不能種菜，但月球上蘊藏的資源是非常有用的。未來，我國計劃在月球上建造月球科研站，之后不但要實現載人登月，而且還要讓人長期駐留在月球基地中。

為了讓人類能夠在月球上生存下去，就需要強大的月球生命保障系統，其中氧氣和水是兩大關鍵要素。先前的研究表明，嫦娥五號著陸地的月壤中含有水，每噸月壤的含水量為120克。另外，在太陽光照射不到的永久陰影區中，還有以冰形式存在的水。

除了從月球上提取水之外，宇航員呼出的水汽、二氧化碳也可以被收集起來。水、二氧化碳分子中都含有氧原子，如果能把其中的氧原子分離出來，就能得到寶貴的氧氣。

這一次，我國的科學家發現月壤中存在富含鐵和態的化合物，它們在太陽光的作用下，能夠作為一種高效催化劑，把水電解成氧氣、氫氣。由此制得的氧氣可供宇航員呼吸，同時氧氣又能與氫氣制成液氫-液氧火箭燃料。

此外，二氧化碳與電解水制得的氫氣又能進一步反應，在月壤催化劑和太陽光的作用下，通過加氫反應，還能產生甲烷、甲醇這樣的化合物，甲烷是制造火箭燃料的主要成分之一。

不需要額外的能量輸入，只用月球上的資源和太陽光，就能獲得氧氣和燃料，研究人員將其稱之為“外星光合作用”。不僅如此，這種過程也不需要從地球上運送資源過來。

由于地球強大的引力和大氣層作用，從地球上發射火箭需要消耗巨大的燃料。而月球沒有大氣，并且月表重力只有地球上的六分之一，再加上還能在月球上大量制造火箭燃料，所以月球就能成為深空探測的跳板，讓人類飛向更加遙遠的太空。同時，開采到的月球資源也有望運回地球。

除了水和氧氣之外，宇航員在月球上的生存還需要食物。盡管月壤無法直接用于種菜，但如果能夠深入研究月壤成分，對其進行改良，未來也是有望實現種菜的。另一方面，我國科學家此前成功用二氧化碳人工合成出淀粉、葡萄糖，這也能用于解決月球上的食物問題。

月球上的資源不止于此，月表上富含多種礦物，其中一些是地球上非常罕見甚至沒有的。在這些資源中，氦-3極為珍貴，因為它們是完美的可控核聚變燃料，它們在地球上十分罕見，但在月壤中大量存在，儲量可達上百萬噸。只需一二十噸的氦-3，就能滿足我國一年的能量需求。目前，我國科學家正在探究從月壤中提取氦-3的方法。

無論是通過月壤催化劑、太陽光、水、二氧化碳來制造氧氣和化學燃料，還是從月壤中開采氦-3這樣的資源，誰先掌握這樣的技術，誰就能在月球上搶占先機，我們不能再錯過“大航天時代”了。

參考文獻

[1] Yingfang Yao, Lu Wang, Xi Zhu, et al. Extraterrestrial photosynthesis by Chang’E-5 lunar soil, Joule, 2022, DOI: 10.1016/j.joule.2022.04.011.

標簽： 二氧化碳