押題：1731克月壤的最全科普
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嫦娥五號順利返航，讓中國成為繼美國、蘇聯之後，第三個能夠成功在月球表面採集土壤和岩石樣品並帶回地球的國家。
中國地質大學（武漢）行星科學研究所的教授肖龍是月球地質科學研究的專家，也是「嫦娥工程」的核心科學家之一。為了幫工程團隊解決比如鑽頭能不能打下去、土壤怎麼取出來等一系列涉及月球土壤性質的問題，在過去十餘年裡，肖龍及其團隊經過反覆試驗研發了30多種模擬月壤，在反覆篩選後，最終十多種被確認為試驗用月球土壤，總共為「嫦娥工程」提供模擬月壤超過100噸。
他曾擔任嫦娥三號科學數據應用核心科學家團隊組長，嫦娥四號科學數據應用核心科學家團隊副組長。這次，肖龍又深度參與了「嫦娥五號」著陸、採樣地點的選址以及鑽取工作。在接受本刊採訪時，他詳細介紹了嫦娥五號選址工作、月球樣品的科學研究價值等問題。
專訪「嫦娥工程」
核心責任科學家之一肖龍
「嫦娥工程」核心責任科學家之一肖龍（王翮 攝）
記者｜陳璐
為什麼選擇
在「呂姆克山地區」著陸？
三聯生活周刊：嫦娥五號此次選擇的月球著陸點是在風暴洋西北部呂姆克山附近的位置，為什麼會選擇這個地點著陸並進行採樣？這和1969年美國阿波羅12號飛船選擇的風暴洋東南部的著陸點有哪些區別？
肖龍：首先需要明確的是，我們原來官方公布的名稱是「呂姆克山地區」，很多人把「呂姆克山」和「呂姆克山地區」的概念混淆了。「呂姆克山地區」是一個火山穹隆區域，其中最具地標性的是一個高凸起來的地貌，也就是「呂姆克山」。但其實著陸點並不是選的這個山，而是在呂姆克山東邊一個區域。
這和阿波羅計劃選擇的著陸點離得是很遠的。阿波羅計劃中，除了阿波羅16號是落在月球正面的高地地區，其他比如阿波羅11、12、14、15號的著陸點都是在月球正面的月海地區——我們把月球表面那些暗色的區域稱為月海。從著陸點的分布圖上可以看出，嫦娥五號的著陸點離它們都很遠，離其他非採樣任務的著陸點也很遠。
選擇這個著陸點主要有兩方面的考慮。第一是工程上要能夠保證安全實施，能夠滿足工程條件的制約。比如說，從大的範圍來講，我們這一次採樣點選擇的是月球正面。月球正面又分月海和高地兩種不同的地質地貌單元，從著陸來講，月海地區更加安全，因為月海的地勢比較平坦，不像高地的地形複雜、坡度變化大，這對於我們完成探測和起飛任務會比較容易。
嫦娥五號著陸器拍攝的採樣點的彩色照片，圖像上方可見已完成表取採樣的機械臂及採樣器（國家航天局 供圖）
另外緯度對光照等也有影響。同樣是月海，靠近赤道的日照時間會更長，靠近兩極地區的日照時間會減短，對於需要利用太陽能來發電探測任務，靠近赤道顯然可以獲得更多的光照時間。美國和蘇聯的著陸點，基本上是在赤道附近40度以內，中國的嫦娥三號和五號都超出了這個緯度，比它們更偏北、緯度更高。
第二是考慮它的科學產出。美國阿波羅計劃總共采了300多公斤月球樣品，蘇聯也採回了三次月球樣品。不管嫦娥五號這次能夠採回多少月球樣品，首先要考慮的是，我們選擇的這個地區有沒有可能獲得跟他們不一樣的、新的東西。所以我們要遠離阿波羅計劃已經採樣過的地區，至少不能挨在一起。當然其實遠離它們，得到的樣品也不一定會不一樣，因為不同地方的土壤也有可能性質差不多。
美國宇航員在阿波羅模擬宇航器里進行測試
這次嫦娥五號的預選著陸區範圍有5.5萬平方公里，這個區域內實際由幾個不同的地質單元或者說岩石單元組成。其中一個最突出的就是呂姆克山，它是一個火山穹窿，坡度比較大，對著陸而言可能挑戰性更高、困難更大。另外一個就是相對平坦的月海，又可以簡單劃分為西部和東部兩塊。
西部這塊形成得比較早，估算的年齡大概在34億年左右，是34億年前火山噴發的物質遭受空間風化（指天體表層暴露在太空環境中經歷溫度、太陽風、宇宙射線等破壞作用的一系列變化過程的總稱），形成了所謂的月球土壤。東部這塊形成的時間則要更晚、更年輕一點，估算的年齡大概在15億年左右，不早於20億年。所以兩個地區的年齡差得比較大，至少可能是15億年。
阿波羅計劃已經採集了很多火山岩樣品，其中沒有一個樣品的年齡是低於30億年的。基於這樣一個結果，當時科學界認為月球的火山活動在30億年之前就停止了，不像地球的火山活動直到現在都很活躍。
剛剛說到的這個「十幾億年」的「新發現」是根據遙感探測數據分析得出的。這是根據一種名為「撞擊坑統計定年法」的方法獲得的，大意是對不同地貌單元表面分布的撞擊坑的數量和大小進行統計，就可以大致判斷不同地區年齡差別。通過這個方法得到的結果發現，西邊月海和東邊月海的年齡差別很大。
所以最後我們是綜合了工程和科學兩大需求，才決定到東部月海地區採樣，這裡既安全，又有不同的最年輕火山岩形成的月壤。
月球樣品的科學研究
價值具體是什麼？
三聯生活周刊：可否具體介紹一下，嫦娥五號獲得的月球樣品將有利於哪些科學研究的展開？
肖龍：首先，我們採集到了比以往更年輕的火山活動的樣品，可以證明月球火山活動的時限更長。從地質年代學工作的角度來說，如果能夠確定我們現在推測的15億年的年齡結果是對的，或者說稍微有些偏差，比如大概是16億年或者17億年左右，但遠遠比以前所認識的火山岩的年齡要年輕，這就能夠說明月球的火山活動一直持續到了距今十幾億年前。
這對認識月球整個的活動歷史是一個顛覆性的發現。因為月球冷卻比較快，它的體積較小，內部熱量保存的時間短，或者說散熱能力比較強，所以很早就「熄火」了。而越大的天體，它的熱量維持時間越長。地球為什麼現在依然活躍？因為它體積很大，而像水星、月球，包括火星，體積比地球要小很多。如果一個行星內部的能量和熱源比較小，它的地質活動也會變得更弱。因此對於月球的火山活動，當時認為三十幾億年前時停止活動也是可以理解的。
另外是有關定年方法的問題。現在國際上通用的「撞擊坑統計定年法」是不是可靠？如果實際樣品測得的年齡和通過撞擊坑統計定年法得出的年齡一致，就可以確定「撞擊坑統計定年法」是對的。反過來也可能有所差別，這樣就要對現有定年的方法進行校正。現在國際上不管是對月球還是對火星等行星表面的定年研究，都是用的「撞擊坑統計定年法」，而且都是根據月球的年代學曲線外推得到的。現在存在的最大問題是，月球的撞擊坑年代曲線上，在30億到10億年間缺少定標點，因此它的誤差就可能很大。所以這次火山岩的年齡能夠確定下來之後，不管是對月球表面的研究，還是對其他天體的研究作用都很大。
肖龍所領導的團隊製作的模擬月壤樣品（王翮 攝）
隨之而來科學家要思考的問題是，如果已經證明了月球十幾億年前還有火山活動，也就是月球內部的岩石即月幔發生了熔融，形成岩漿並噴射到了月球表面，那麼它的熱源從何而來？是什麼岩石發生了熔融？月幔具有不均勻性，熔融形成岩漿的這些月幔的物質其性質是什麼？舉個例子，地球上的火山活動也有很多，像夏威夷、冰島等不同地方的火山活動，其火山物質來源的深度也不一樣，有些可能是幾十公里，有的可能是幾百公里。
與之相關的另一個很重要的研究是，關於月球內部的氣體和揮發分（一般指水、二氧化碳、鹵族元素等在高溫下呈氣態的物質）。根據地月系統形成的月球模型，一般認為月球內部含有的揮發分很少，因為月球經歷了一個非常強的高溫熔融階段，很多具有揮發性的氣體都跑掉了。如果通過檢測，我們能夠發現十幾億年的月球樣品里揮發分的含量，就可以幫人類了解，月球內部到底有沒有揮發分，他們是如何被保存下來的，對於地月系統的形成理論有何意義等。比如地球上火山噴發很明顯可以看到氣體往外冒，我們就是要解決這些氣體來源的問題。
此外還有礦產資源的問題。討論最多的可能是月球土壤里氦-3的問題。為什麼地球上沒有氦-3，而月球上有？因為月球沒有大氣層，它長期暴露在太陽風和宇宙射線的環境中。氦-3是因為太陽風的注入，從外太空來到月球上的。
月球表面暴露的時間越長，而且沒有大氣層的阻擋，接受的太陽風越多，所以月球年齡大的地方，氦-3的丰度應該更高。此外氦-3還跟岩石化的土壤裡面鈦的含量有關。一般來說，如果土壤里鈦鐵礦的含量高，會更有利於氦-3富集。相對來說嫦娥五號著陸的地區，它形成的時間不是很長，所以氦-3的丰度不一定很高，我們到時候可以通過檢測樣品，看看能不能檢測出來。
月球上有什麼可以實現利用的資源？
三聯生活周刊：我看到很多科普文章以及媒體報道中都寫道，月球土壤中富含氦-3，而氦-3因為在聚變過程中不產生中子，放射性小，被視為一種高效、清潔、安全、廉價的可控核聚變發電燃料。所以這會是我們針對月球土壤相關應用研究的一個重要方向嗎？
肖龍：氦-3的應用，我認為還有一段路要走，而且很長。因為氦-3在土壤裡面的濃度是很稀薄的。我們對礦產資源的定義有專門的術語——「品位」，就是指比如一噸石頭裡含有多少克的黃金。早先技術不行，一噸石頭裡面有3～5克黃金才能開採，現在技術進步了，可能一噸石頭裡有1克黃金也能不虧本，有1.5克就賺錢了。這裡3～5克每噸和1克每噸，就是不同技術條件下的金的工業品位。
那麼月球上的氦-3是什麼情況？它是特別稀薄、高度分散的一種元素，10噸土壤裡面只有不到1克，而且我們還不知道怎麼去提取它。這就好比10噸的石頭裡面只有1克黃金，你會去提取它嗎？所以月球上雖然確實存在氦-3這種資源，等將來技術發展到一定程度的時候能夠去進行提取，但按照現在的技術，這可能是件花費1萬塊成本才賺1塊錢的事情。
並且，關於可控核聚變這個技術，本身也有很長的路要走，起碼中國現在沒有掌握這項技術，只是理論上可以把這個公式寫出來，但要在實驗室里實現是很難的。月球上沒有現成的氦-3等我們去拉回來，要是有的話，美國人早就去開採了。所以這不是一個嚴肅的科學問題，目前不必過分去強調。
肖龍在觀察來自小行星的隕石樣本（王翮 攝）
三聯生活周刊：那麼月球上到底有什麼可以實現利用的資源嗎？
肖龍：跟礦產有關的一些資源，我認為現在基本還談不上可以開發。也有人說鈦鐵礦里含有金屬鈦和氧，能不能把氧氣提取出來，供人們在月球上使用？或者是把鈦提煉出來作為一種金屬？這在理論上是可行的，但從經濟的角度來說很划不來。
舉個簡單的例子，要使鈦鐵礦還原成鈦、鐵和氧三種元素，需要用到氫氣，但月球上沒有氫氣。而把氫氣帶去月球，也很困難，因為氫氣非常危險，容易爆炸。即便能夠把氫氣帶去月球上，這個還原過程也不簡單，因為產生的氧氣會很容易和氫氣發生反應。現在月球南極地區發現了水冰，這倒是可以利用，因為水冰簡單加熱一下，就會蒸發出來。
我覺得將來最有可能實現的，其實是月球土壤的就地使用，比如建月球基地。過去幾年，我們做了一些模擬月壤，很多做材料工業方面研究的單位也找到我們，他們將這些模擬月壤拿去做了些3D列印實驗，也列印了一些東西。所以我們未來或許可以利用3D列印技術把月壤製成磚塊或者具有其他特性的一些材料，蓋房子、搞建築。
但這都是實驗室里的研究，到大規模應用還有一段路要走。實際應用上要更複雜，因為月球的環境跟地球完全不同，月球上沒有水、沒有黏合劑，你要能把這些原材料帶上月球才行。但是隨著技術的進步，我覺得通過月壤的3D列印作為建材使用，是最有可能實現的。
三聯生活周刊：目前採樣已經成功完成，模擬月壤在未來還有更多用途嗎？
肖龍：從科學研究角度來講，我們採到的月壤量，相比蘇聯無人採樣，算是很多了，但總共也只有1731克，不算多。可是用處很多。那麼我們就希望消耗最少的量，達到最大的科研成果。模擬月壤就可以作為實驗材料，把流程走通，保證最小的消耗和最大的產出。另外，模擬月壤還有一些工業上的用途，比如3D列印。並且，我們還要做不同的模擬月壤，比如嫦娥七號要到南極極區去，南極極區的月壤性質和月海地區的月壤性質就不一樣了。所以關於模擬月壤，還有很多工作值得去做。
對於月球中是否存在水，
有哪些證據和推測？
三聯生活周刊：你剛剛提到月球南極地區發現了水冰。實際上，嫦娥四號的著陸點選在了南極-艾特肯盆地，所以嫦娥四號發現了水冰嗎？
肖龍：首先，嫦娥四號並沒有落在南極，而是落在月球背面一個叫馮·卡門的撞擊坑裡。這個撞擊坑位於一個名叫「南極-艾特肯」的大盆地裡面。南極-艾特肯盆地的範圍是從南極到艾特肯整個地區，就好比京廣線是從北京到廣州整個區域。所以很多時候，人們都以為南極-艾特肯盆地是指在南極的一個艾特肯盆地，這是不對的。
南極-艾特肯盆地的直徑有2500公里，嫦娥四號並未落在南極地區。實際上，關於哪裡算南極地區，本身也有不同的考慮和定義。南極是一個點，但南極地區就是靠近南極一定範圍的區域，不同專業會有不同的定義，有的認為緯度90度以上才叫極區，有的認為是85度以上是極區，還有人認為80度就可以。月球也有類似問題，國際上對此沒有統一的規定。但是一般公認的是，月球南北緯85度到90度的範圍內叫作極區。
嫦娥四號著陸點的南緯45.4446°，距離南緯85度這個界線還有很遠。不過，嫦娥四號確實是目前最靠近極區進行著陸的探測器，但是距離含有水的地區還很遠。
嫦娥四號著陸器監視相機C拍攝的玉兔二號巡視器走上月面影像圖（國家航天局供圖）
三聯生活周刊：那麼我們現在對於月球中是否存在水，有哪些證據和推測？
肖龍：為什麼南極地區會有水？因為這個地方的地形本身起伏很大，有很多撞擊坑。而且極區光照的角度特別低，比如赤道附近可以看到垂直的光線，那麼靠近極區的光線幾乎只有十幾度。這就導致這些撞擊坑底部有些地方永久都見不到陽光，我們叫它永久陰影區。永久陰影區里的溫度特別低，差不多是零下一兩百度或者更低的溫度。在冷卻的表面上以凝結方式捕集氣體的阱，這在溫度科學上叫作「冷阱」。
冷阱會產生什麼效應？如果有水或者其他揮發分進去，就會被凍住，走不了了。比如火山噴發或者彗星撞擊後產生的水汽，一進入這個地區就被鎖住了。冰箱也有這樣的效應，冰箱裡面沒放水，但為什麼經常有那麼多冰？就是它通過類似效應把蔬菜、水果里的水弄過去了。
所以月球上的冷阱效應有可能保存一些水分子。但阿波羅計劃時期，我們都沒有這樣的認識。是後來通過遙感探測、光譜有所發現，因為羥基（-OH）會有特殊的光譜的吸收位置，並且後來很多的探測也進一步證實南極地區確實存在水冰。但是現在我們對月球上水冰的儲存量是多少，賦存狀態怎麼樣，埋藏的深度有多深，月球表面有沒有水冰都還沒有一個準確的認識。所以目前或者未來很長一段時間裡面，很多國家都會瞄準極區去探測水冰。我們國家嫦娥七號也是準備要去靠近極點的位置探測水冰的。
三聯生活周刊：水是否是對月球生命痕迹的探索？
肖龍：月球的水跟生命的關係度聯繫不是很大。對於月球上的水，尤其是南極和北極那些永久陰影區的水冰，大家現在有比較清晰、趨於一致的認識。科學上認為這些水可能有三種來源：一個是通過火山噴發形成的水分子，向南極極區遷移，被它捕獲了；還有彗星撞到月球以後，彗星上的這些水分子被它捕獲；最後就是太陽風，太陽風注入時會帶來一些氫，因為太陽風中主要是氫，這些氫和月球某些礦物里的氧結合形成水。
那麼從科學研究的角度來說，如果我們能夠確定這些水的來源，是很有意義的，對我們了解整個月球環境將會產生一個巨大變化。從利用的角度來講，大家可能更多考慮利用，第一個想到的是可能是宇航員可以有水喝，但其實這是次要的。宇航員需要的水量是很少的，因為水可以循環使用，額外不需要太多。
實際上，最大的用途是降解這些水，拿來做燃料。水是氫和氧構成的，把它分解成氫氣和氧氣，生成液氫、液氧就可以作為發動機的燃料。如果能在月球上實現這個事情，就可以建一個類似加油站的地方，將來在月面給火箭搭設一個發射架，從月面起飛火箭。從月面上起飛有什麼好處？因為月球的引力只有地球的1/6，一個小火箭就可以發射很重的東西，將來在月面發射探測器就可以節約很多推進劑。這為去包括火星在內的宇宙其他地方提供了很多便利，因為從地球直接發射升空的成本是很高的，這次發射長征五號火箭，實際上我們就因為等待大推力火箭多等了三年。
月球背面我們現在了解多少？
三聯生活周刊：所以再說回來，當時嫦娥四號是為什麼選擇了這個著陸點呢？
肖龍：嫦娥四號代表的是另一種可能。月球背面誰都沒去過，只要到月球背面著陸就是一項壯舉，開闢了一個先河。而且嫦娥四號的著陸，本身從技術上來說就很難，它跟地球之間不能直接通訊，要發射中繼星，有很多的技術要發展。並且你只要到了月球背面，從科學的角度肯定會有新發現，不管是證實以前的認識和猜想是對的，或者是錯的，都有很大價值。
三聯生活周刊：我看報道稱，嫦娥四號的探測器現在還在工作。
肖龍：是的，嫦娥四號已經在月面工作兩年了。實際上，探測器的工作能力很有限，主要的科學儀器是幾台相機和一個雷達。到現在它已經走了兩年多，才走了六百多米。但是它能維持、活下來就不錯了，因為月球的環境非常惡劣，從白天零上幾百度到晚上零下幾百度，儀器一般都受不了。所以它每待一天都是在創紀錄。
三聯生活周刊：為什麼它走得這麼慢？
肖龍：這裡面涉及很多技術問題，包括通訊、測控、溫控等，具體我也不是很清楚。但應該說要維持它的生存已經很難了，要讓它幹活就更難。
嫦娥四號著陸區地理實體命名影像圖（新華社供圖）
三聯生活周刊：那它返回的信息，對我們了解月球背面有哪些幫助？
肖龍：月球背面的問題跟月球正面不太一樣。嫦娥四號落在馮·卡門撞擊坑，馮·卡門撞擊坑又在一個大的南極-艾特肯盆地里，一環套一環。
這個大環是一個2500公里直徑的大盆地，也是太陽系裡面最大的一個撞擊盆地。形成這麼大的撞擊盆地，要求當時的撞擊能量非常大，把月球挖掘得很深，使得上部月殼幾十公里和甚至下部月幔一些物質，全部拋射了出來。這樣，我們就可以在月表撿到從很深的月球內部拋出的石頭，為研究月球深部的物質信息提供了機會。
目前來講，因為探測器的儀器比較少，像紅外光譜儀、相機都不能定量地測量物質的成分。所以我們目前對於這些物質的成分，還沒有確切的證據形成統一的認知。但是通過相機拍攝的照片、雷達探測的結構，還是告訴了我們很多信息，證實或者排除了一些以前的猜想。比如馮·卡門撞擊坑裡面也有一些火山活動存在。月球背面的撞擊、濺射非常頻繁，馮·卡門撞擊坑的形成年齡可能在35億年之前，35億年前月球遭受撞擊的頻率比現在還要更高，所以月球成壤的速率更快。嫦娥四號發回的照片里，月球車的車轍很細膩，比嫦娥五號拍攝到的土壤成熟度要高，更細更均勻，當然也可以看到散落的一些石頭，這些石頭是其他地方發生大的撞擊事件從月球內部甩出來的。
月球上的火山噴發，
是什麼樣的場景？
三聯生活周刊：關於月球內部的熱量從何而來，我們有一些推測嗎？
肖龍：有一些推測。月球早期和晚期的能量可能不一樣。晚期，像30億年以後的熱量主要可能來源於內部的放射性生熱元素，其中釷、鈾、鉀是三種最主要的生熱元素。它們在地下隨著時間的累計不斷地衰變，並在衰變的時候放熱，使得熱量聚集，令石頭融化。嫦娥五號的採樣點剛好是一個比較富釷、富鉀的區域。當然不管是我們採樣的這個點，或者其他比嫦娥五號採樣點更年輕的地方，都還比較局部、範圍不是很大。但這目前是大家比較公認的一個推測原因。
三聯生活周刊：那麼早期的狀況又有何不同？
肖龍：早期阿波羅計劃採樣的樣品比較多，那時候很多的火山活動也被認為與放射性元素是有關係的。如果從遙感數據分析的話，跟阿波羅樣品時期差不多的玄武岩分布更廣、更多。火山噴發的岩漿冷卻之後形成了岩石，其中大都是玄武岩。所以早期熱量大，放射性元素也多。但放射性元素的衰變會慢慢變少，內部衰變以後就沒有再衰變產熱的能力了。所以當時很多人認為那個時候衰變就基本結束了，30億年後已經沒有足夠的熱量將地下岩石熔融。現在卻發現還有十幾億年的火山岩，說明在一些局部地區，還有很多生熱元素在不斷聚集能量，使得月球內部的岩石融化形成岩漿。
三聯生活周刊：月球上火山噴發的場景和我們在地球上看到的一樣嗎？
肖龍：它受兩個條件制約：一個是月球的重力只有地球的1/6，另一個是月球沒大氣。在這樣的環境下噴發，它會不一樣。如果考慮低重力的原因，它可以噴得更高。另外岩漿流動的距離也跟重力有關係。月球上的岩漿流動得更遠，噴發的物質飛得更高。因為沒有大氣，這些向上噴射的物質會均勻地落在旁邊，不像大氣的平流層、對流層會把火山灰搬來搬去。熔岩會由地勢由高到低向外流淌，月球有很多岩漿形成的像河流一樣的熔岩河，有幾百公里、上千公里長。在地球上，我們現在很難看到這麼長的熔岩河，早期即便有，也可能被地質運動毀掉了。
三聯生活周刊：總體而言，目前科學界對於月球的火山活動有哪些認知？
肖龍：火山活動每個天體都有，地球不用說了，火星、水星、月球上也都有。火山活動的頻率和強度都是隨著時間的變化逐漸減弱的，包括地球也是一樣，地球最後也會冷卻，冷卻後自然也就沒有火山活動了。
月球的火山活動，根據阿波羅計劃採回的樣品已經做了比較好的研究。月球火山的大量噴發期大約是在39億年到31億年之間，差不多在40億年到30億年這10億年間是最強的，然後慢慢變弱。
嫦娥五號的採樣區有火山活動，但範圍比較小，並不是全球性的。存在火山活動，與火山活動的分布和強度，是兩個概念。實際上嫦娥五號採樣區的火山活動，相當於整個月球火山活動的一個尾聲。我們只是說它持續到了那個時間，但是它的活力是在降低的。火山活動，從強度分布來講，是一個由強變弱的過程；從火山岩的性質上來講，這些岩石有一些成分上的變化，特別是鈦和鋁的含量。所以當阿波羅計劃的月球樣品回來以後，研究者把這些玄武岩分成不同的化學類型，這方面已經做了很多的工作。嫦娥五號的月球樣品中的玄武岩，是相對含鈦比較高的。
月壤樣品，可以幫助解釋
月球的起源是什麼嗎？
三聯生活周刊：通過對月球土壤進行採樣，對我們解釋地月關係以及月球起源會有一些幫助嗎？
肖龍：我們現在所做的工作，還回答不了這些問題。樣品回來以後，我們希望從裡面看到一些解決問題的啟示。但這不是我們的主要目標，目前沒有專門針對這些問題進行一個設計。
關於月球的成因，有幾種說法：地月同源說、分裂說、捕獲說、大碰撞說。最流行的一種說法是大碰撞說，大家是比較認可的。阿波羅計劃的樣品已經獲得了很多證據，支持地月系統具有同源性。通過對地球和月球的物質組成，還有同位素組成的比較，可以看到它們之間有多少關聯、關聯度是多少。
大碰撞假說認為，一顆火星大小的天體和地球撞擊後的碎片，聚集並形成月球。那麼，地球有多少物質進入到月球裡面了？這個比例是多少？我們能不能區分出來？這實際上有一定的難度，因為不知道它混合的時候是不是很均勻。如果很均勻，可以檢測；如果不均勻，是地球的物質多一點，還是原來撞擊體的物質多一點？這些問題都不容易回答，需要去做很多工作。
著陸器與上升器組合體模型（左），帶回月壤容器的返回器實物（右）以及降落傘實物（後）（肖龍 攝）
三聯生活周刊：月球土壤的元素含量和地球土壤的元素含量有什麼異同之處？
肖龍：總體來說，大部分的硅酸鹽礦物質是相似的。但是地球的土壤里除了最基本的物質成分，也就是岩石的碎屑粉末以外，還有很多有機質、微生物、空氣、水。而月球的土壤里只有岩石的碎片，甚至一些隕石的碎片。因為沒有水，月球的岩石一直都很新鮮。阿波羅11號採回來的火山岩，是三十幾億年前形成的，表面看起來就和剛剛噴出時的固結狀態一模一樣。地球上的岩石表面總是看起來髒兮兮的，是因為它發生了氧化作用、水化作用，這些過程使得岩石的表面變髒、不新鮮了。
三聯生活周刊：我看到介紹里寫道，嫦娥探月工程的一個重要計劃是測量月亮全球的土壤厚度分布情況。
肖龍：這是嫦娥二號的任務。嫦娥二號是一個環繞探測器，上面有一個微波雷達，可以測月壤厚度在全球的一個變化，以及成分的差異。那麼這樣就可以計算出月球上有多少噸的月壤了。知道月壤的體積和單位體積中氦-3的丰度，首先很容易計算出比如氦-3的儲存量。成分差異最大的是月球的高地和月海地區，高地地區主要是淺色的斜長岩，月海地區主要是黑色的玄武岩。它們的性質都不一樣。那麼，還是以氦-3舉例，它主要在玄武岩形成的月壤里，在斜長岩形成的月壤里含量是比較低的。
了解月壤的厚度本身也有科學價值。比如月球在四十幾億年的撞擊過程中，怎麼從一個完整的石頭表面被撞碎形成這麼厚的土壤？另外月壤顆粒，比如上面很細到下面很粗，這個變化是什麼樣子的？這都是比較純科學的一些問題。
此外，這對於我們了解地球早期的歷史也很有幫助。地球早期也受了這麼一系列撞擊作用，只是後來地質活動很強烈，而且地球上有風、有水，一系列板塊構造、風化、地質運動使得地球表面改變得比較厲害。而月球則相對比較簡單，現在仍然保留了三十幾億年的地貌。通過研究月球上的信息，包括與火星上的信息進行對比，都可以幫助我們了解地球和太陽系早期的歷史。這就是我們通常說的比較行星學的研究方法。
三聯生活周刊：可否具體談談，通過比較行星學，對月球和火星的探索能夠對了解地球、太陽系的形成有哪些幫助？
肖龍：應該說我們研究的最終目的是要研究地球的演化、太陽系的演化。怎麼去做這個工作？一個很重要的方法就是對比研究。對比就得有一個參照物。地球是我們了解最多的天體，探測火星、月球後，我們就可以把它們的大小、質量、密度、大氣、磁場、運行軌道等數據進行對標分析。
比如磁場，和地球不同，火星和月球沒有全球性的磁場，是一開始就沒有嗎？還是後來消失了？再比如火山活動，地球到現在還有火山活動，月球按照能量學推測，它的火山活動持續到了十幾億年，火星可能持續到了1億年左右，現在火星上有沒有火山活動，還有爭議，但至少比月球持續的時間更長。還有大氣，地球現在的大氣層是含有氧氣的，但早期地球大氣中是不含氧的。
火星的大氣層則是以二氧化碳為主，沒什麼氧氣。大氣究竟是如何演化的？地球的大氣將來會發生什麼變化？我們常說金星是地球的姊妹星，離得比較近，大小也差不多，但金星的大氣層有93個大氣壓，表面溫度有五六百度，金星的環境為什麼會變成這樣子呢？所以類似的研究可以幫助我們了解太陽系的這八大行星，為什麼大家差不多同一個時間出生，但是後面發展的道路、轉變方向都非常不同。
那麼最後可能有人會問，研究地球又有什麼意義？這就是關注地球將來的演化方向。地球已經走過四十幾億年了，還有多長時間的生命？這些大氣會發生什麼變化？現在人類關注很多地球宜居性的問題，比如短時間內的氣候變化。那麼從長時間的尺度，比如千年尺度、萬年尺度，氣候變化有什麼樣的規律？這都需要從地球本身的歷史中去尋找，這就是地質學的工作。如果到億年這個尺度，就可以通過火星、金星去做研究。先做假設，再通過模型去計算、模擬後面為什麼轉變成這個樣子，然後去證實這幾個環節上是不是有直接的證據。這裡面有非常多的工作可以做。
來源：三聯生活周刊 ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
