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NASA 被曝不顾合作禁令,申请研究中国月壤样本,因「有独特价值」,对此如何评价?

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抓重点:

1,美国科研团队此次申请月球样品,不是获赠样品,研究过程应遵循《月球样品管理办法》等规定,用完之后必须归还。

2,申请月球样品研究,需要函评预审、现场答辩、差额审批发放、样品归还的步骤。

3,此次为第七批样品,首次开放国际申请,此前仅向国内(含港澳台)开放申请。

本人曾参与第二批月球样品的申请、研究工作,并以导师名义成功申请到530毫克月壤。

4,月壤、月球岩石有显著不均一性。

因为嫦娥五号选择月球表面最年轻区域之一采样,所以对研究月球20亿年以来的地质演化史有不可替代的价值。

5,月球样品与地球岩石有成熟的区别方法。


以下展开详述:

1,美国科研团队此次申请月球样品,不是获赠样品,研究过程应遵循《月球样品管理办法》,用完之后必须归还。

美国团队此次申请月球样品,不是获赠样品。只有在科学问题先进,研究条件合适,研究过程遵循《月球样品管理办法》,用完之后按时按量归还的条件下,申请才能被批准。

《月球样品管理办法》实际上是纲领性的,真正落到实处的条款其实是通过《月球样品借用协议》实现的,现将责任条款部分摘抄如下:

责任条款
双方同意如下事宜:
一、 对于本借用协议所涉及的月球样品,应根据《月球样品管理办法》,由中国科学院国家天文台(简称国家天文台)分发给借用申请单位。
二、月球样品借用单位和使用责任人承担如下责任:
(一)严格执行《月球样品管理办法》的各项规定。
(二)月球样品应由借用单位使用责任人接收和返还(费用由借用单位承担)。
(三)只有借用单位使用责任人和其申请团队成员才能对月球样品进行使用,并确保月球样品始终处于使用责任人的管理监控下。
三、 借用单位使用责任人应准确记录所借用的月球样品的名称、编号、类型、质量、形态等全部使用信息,有损(消耗性和破坏性)实验样品应提供完整的视频记录。这些记录由借用单位使用责任人签署,并由借用单位法定代表人确认。
四、 借用单位及使用责任人应根据探月中心批准的科研计划和公益活动使用月球样品。如有违反,探月中心有权提前终止月球样品的借用。
五、借用单位应优先按照下列建议的存储条件对月球样品进行保存,防止受到污染。
(一)公益样品保存条件。
用于科普、教育、展示的公益样品可以在自然环境下保存和展示。如果借用单位有条件,建议将样品保存在小型氮气柜中。
(二)研究样品保存条件。
研究样品包括不接触大气的原始月球样品和接触大气的月球样品两种形式。
1.原始月球样品
这类样品是存储机构制备的原始月球样品,主要用于物理形式测试等非破坏性无损试验。在研究过程中,样品不接触大气,且能够回收利用。保存条件建议:
(1)室内环境:达到万级洁净室标准;环境温度条件以维持天然常温常压为主,避免出现大幅变化;湿度达到超净化学实验室要求和标准。整个实验室需要具备除湿设施以保持干燥。
(2)保存环境:建议采用高纯氮气环境条件,通常每百万摩尔氮气中氧气浓度不高于20摩尔分子,水分不高于50摩尔分子。氮气压力应稍大于室内大气压。
2.接触大气的月球样品。
在测试和研究过程中必须且已经暴露大气的样品,原则上不再严格限制其保存条件。回收后可应用于展览、科普等其它用途。这类样品不再专门要求高纯氮气保存环境,但为了样品能够长时间保存或能够重复利用,建议放置在小型氮气柜中进行保存。
六、借用单位开展相关活动而导致人身伤害或财产损失的,甲方不承担任何责任。
七、在本借用协议完成后5个工作日内,借用主体应及时向国家天文台提交返还申请表,随附月球样品、借用协议及必要的说明文件等。所借用的样品应全部返还,因开展有损实验而无法完整返还的样品,应将剩余部分返还。国家天文台对返还的月球样品进行检测,形成检测意见后报探月中心。探月中心视情组织专家委员会复核后,做出审核结论。对于符合返还要求的,主存储机构负责做好返还样品的登记入库和存储等相关工作;对于不符合返还要求的,将依据《月球样品借用协议》的相关条款进行处理。
八、样品不能按期返还,以及由于借用单位的过错而导致样品污染、损坏或丢失的,借用单位承担全部责任。视情节严重程度给予以下处理意见:(1)通报借用单位的上级主管部门;(2)暂停借用样品资格三年;(3)永久取消借用资格;(4)情节严重的,追究法律责任
九、借用单位利用月球样品或月球样品相关科研成果和产品开展商业活动,应征得探月中心书面同意。

根据以上的信息,第三条和第七条实际上已经足够解答多数人的疑问。嫦娥五号的月球样本出借是有一整套管理办法的,对于月球样本的使用有比较严格的限制。重点也在于要开展的是有损实验还是无损实验,以及损耗量。

所谓的无损实验,其实主要是对月壤样本开展基础理化性质的研究,例如晶体结构、矿物组合、元素组成与价态之类的,现在的XRD,SEM,EDS,EPMA,穆斯堡尔谱这些分析手段,已经非常成熟,若干毫克甚至微克级别的样本,都能够实现分析,这基本上可以认为是无损的。

对于一些矿物同位素、水含量、三维元素分布分析,需要LA-ICP-MS激光剥蚀质谱,或FIB超薄切片后,用NANO-SIMS,APT等手段分析,这些手段损耗极小,可以视为无损分析。实际上这些研究可以申请更容易获得的光片样,即月壤颗粒的切片封装样本。

而有损的研究,往往是待分析元素含量极低,或者涉及到月壤和特定环境的交互作用变化问题,或者资源利用改造月壤成分、形貌的研究主题。例如:月壤铂族元素,微量同位素,3D打印,月壤水泥,月壤金属冶炼效果之类的。这些会损坏一些月壤自身携带的属于月球的信息。申请样品损耗50毫克(0.05克)以上,一般需要特别重要的科学问题。所以这几年的有关申请,极难以批准通过,一下子上百毫克月球样品全砸一个团队手里溶解/烧蚀/污染了,这是十分浪费的!

(就连NASA自己申请真实月壤种拟南芥,也是申了很多年,才把研究得不能再研究的样本攒起来用。)

所有实验,无一例外都需要做好过程记录,包括视频、照片、书面日志与笔记,实验室专人专用。

研究过程应当遵守《月球样品管理办法》与《月球样品借用协议》的规定或约定。如果中途发现某团队损耗、污染超过预期且无正当理由,将取消研究资格。

2,申请月球样品研究,需要函评预审、现场答辩、差额审批发放、样品归还的步骤。

函评预审为书面申请材料评审,会排除。

现场答辩会有专家提问,认为科学主题合理可行的团队,将会差额审批发放样品。

在获得审批通过后,如果未归还在先样品,就不能继续申请新样品。可以申请最久为半年的延期归还。

美国、苏联各任务,和嫦娥的登月点年代、矿物组合、岩石类型不同,所以要申请嫦娥五号样品。美国、苏联各任务与此批月壤的区别,就好比一个在西澳洲杰克山采样,一个跑到格陵兰岛采样,一个跑到泰山上采样,年代学、岩石成因差别肯定很大。

嫦娥五号取回的样品年龄只有约20亿年左右,比阿波罗任务样品要至少年轻8亿年以上。中国当时在制定登月点时就有一条原则:要远离美苏的登月着陆点,以免获得重复信息,找到创新科学问题。

美国的六次登月采样对月球的理解还是很有限,而半个世纪后中国嫦娥五号前往的地区与美国六次着陆的地区以及前苏联的几个登陆点又完全不同,关键是还真的取得了重大研究突破,这些突破是无法从美国现有样品中获得的。

嫦娥五号也发现了一些新现象(例如七种未知月球岩石),现有认识难以直接解释。未来还有更多的采样任务,发现新的科学证据与科学问题。

3,此次为第七批样品,首次开放国际申请,此前仅向国内(含港澳台)开放申请。

本人曾参与第二批月球样品的申请、研究工作,并以导师名义成功申请到530毫克月壤。

嫦娥五号月壤,需要在手套箱干燥惰性气氛保存与处理。


实验室现场观察挑选月壤玻璃。

有关工作正在审稿中,虽然今年五月子刊未中,但是多与审稿人辩论还算有益的。

4,月壤、月球岩石有显著不均一性。

月球自早到晚,地质演化阶段的现行划分包括:前艾肯纪(岩浆洋纪,约4.52-约4.2Ga),艾肯纪(约4.2-3.92Ga),酒海纪(约3.92-3.85Ga),雨海纪(3.85-3.16Ga),艾拉托辛纪(又称爱拉托逊纪,约3.16-0.8Ga)哥白尼纪(约0.8Ga至今)。

前艾肯纪(岩浆洋纪),约4.52-约4.2Ga,月球形成及岩浆洋的分异演化,形成斜长质月壳;

艾肯纪,约4.2-3.92Ga,南极艾肯盆地和20余个撞击盆地的形成,约4.1Ga进入太阳系晚期重轰炸期;

酒海纪,约3.92-3.85Ga,酒海盆地等10余个撞击盆地、撞击坑的形成;

雨海纪,细分为早雨海世(3.85-3.8Ga)和晚雨海世(3.8-3.16Ga),早雨海世形成了东海盆地、雨海盆地、薛定谔盆地等撞击盆地,约3.8Ga太阳系晚期重轰炸结束,晚雨海世出现了大规模中低钛月海玄武岩泛滥;

艾拉托辛纪(又称爱拉托逊纪),约3.16-0.8Ga,其中3.16-2.8Ga出现小规模且高钛的月海玄武岩喷发和火山机构,约3.15Ga后月球全球磁场消失,2.8-0.8Ga形成当今所见辐射纹退化的撞击坑,此间零星的玄武质岩浆喷发活动可持续至19.63±0.57 — 20.30±0.04 亿年前(这个年代正是根据嫦娥五号样品定年结果)

哥白尼纪,约0.8Ga至今,形成了哥白尼坑、第谷坑等具有明显辐射纹和尖锐坑缘的年轻撞击坑,此阶段撞击坑规模一般较小。

因为嫦娥五号选择月球表面最年轻区域之一采样,所以对研究月球20亿年以来的地质演化史有不可替代的价值。

有人可能会问,月壤里的现象都相同么?答案是:月壤存在不均一性。

月壤不均一性,体现为:

1,同一批次同一样品包含不同粒级序,

2,同一批次同一样品包含不同物相,

3,钻取样品不同深度的粒级序与矿物相比例有差异,

4,同一批次内的不同采样点的样品成分、物相比例有差异,

5,不同批次的不同样品之间也或多或少有不同,

6,不同种类的矿物、岩屑主成分有差异。

因此,不同采样点的月壤本身就不可能完全相同,而不是谣传所述的“美国采了六次月壤成分都相似”或者“美苏采了九次月壤成分都相似”。

根据月壤垂向钻孔剖面与雷达,月壤在垂向上也有粒级序与成分不均一性。因此在垂向上(即不同深度)也有粒级序与成分不均一性的前提下,讨论月壤变色(天涯社区等中文互联网平台称之为糖霜效应)现象时,仅发现表面与深层月壤颜色不一致,是没有讨论价值的。

但凡上过中学,都知道应该控制变量。

因此,通过对比不同国家采样返回月壤的差异,并认为其中某一国造假的说法,本身就是错误的思路。

5,月球样品与地球岩石有成熟的区别方法。

据资料:

王道德,月球新矿物,1975;

月球科学概论,2005,中国宇航出版社,国防科工委月球探测工程中心组织编写。pic4.zhimg.com/v2-dfbd2

月球新观,2006;

以及《行星地质学》,2011,地质出版社,肖龙主编,以及如下等资料,


可知,月壤包含多种独有的成分,这些独有的成分无法用陨石或地球样品仿制。近期发现的嫦娥石,就是一种已知在月球上独有的成分。

除了嫦娥石,月球样品中发现的新矿物还包括:

阿尔马科矿(又称低铁假板钛矿),静海石,三斜铁辉石,钛锆铁矿X相,钛锆铁矿Y相,钛铬铁矿,耀西耀客石,自然铈,亚微米级自然钼,亚微米级铁锡固溶体,亚微米-微米级硫化银(非辉银矿或螺硫银矿相),Donwilhelmsite,钙硬玉等。

也就是说,美苏月球样品里一共发现过至少13种月球独有的矿物相。(央视新闻报导美俄月球样品有5种在先发现的新矿物,可能属于检索不全面。)

还有一种月球上独特的成分是氦三。理论上水星陨石也有,但是已发现的水星陨石仅有一例,因此人类容易获取的富集氦三样品主要来源于月球。

应当注意:不能使用月球陨石仿冒采样返回月壤

1,陨石穿过大气层温度1650°C以上,足以使陨石整体被加热,因此内部的氦也散失95%以上。

2,陨石不但氦三丰度低于采样返回月球样品,并且会被地球上的氧气氧化,水蒸气风化。

3,氦三平均含量从高到低排序:高钛表层月壤 > 低钛表层月壤 > 高钛月岩 > 低钛月岩 > 月球陨石 > 地球深层岩石 > 地球浅层岩石。采样返回月球样品平均氦三丰度集中于2-15ppb。月壤钛铁矿表面微囊泡层是最富集氦三的位置,可以超过50ppb。

4,月球陨石虽然比登月采集的月壤亏损了氦三,但是含量与 3He/4He 比值仍然高于地球至少一万倍。

参考:



月壤主要的造岩矿物具有独特的元素、同位素比值范围。这些比值范围异于其他类地行星同类矿物,这些造岩矿物独特的元素比值范围无法用陨石、地球样品仿制。橄榄石、辉石的Mg#,长石An值,全岩Fe/Al,Fe/Mn,Mg/Ni,La/K等元素比值范围也正是 引用的部分资料所述“在不确定度范围内一致”所选的指标——“一致”指的是比值范围一致(例如长石An>90,全岩Fe/Al靠近不一定是绝对含量一致

月球橄榄石Mg-Mn趋势线与地球、火星不同,辉石Fe-Mn趋势线与其他任何类地行星都不同。


类地行星橄榄石、辉石、长石主成分组合互不相交。


月球样品K-La趋势线与其他任何类地行星与小行星都不同。

前述3He/4He 比值,以及月壤矿物富水非晶层的H/D比值,也是月球样品的辨真依据。例如近期关于月球表面太阳风成因水的研究:

类似的方法,可以迁移应用到陨石母体的辨别。例如:



最后,应当强调一些讨论前提:

稍有中学数学与中学理科常识的人都应该知道,在月球表面采集岩石、月壤属于抽样调查,而抽样调查是一种非全面的调查

稍有中学数学与中学理科常识的人都应该知道,控制变量法,以及如何控制变量。

稍有地质学常识的人又都知道,玄武岩、斜长岩、辉长岩、橄长岩是不同的岩石;橄榄石、单斜辉石、斜方辉石、斜长石、钾长石、钛铁矿、尖晶石、磷灰石、锆石、斜锆石、阿尔马科矿、三斜铁辉石、钛锆钍矿、金红石、钙硬玉、耀西耀客石、陨磷铁、铁纹石、镍纹石、嫦娥石又分别是不同的矿物,丰度与赋存状态各不相同。

稍有地质学常识的人也知道,可以分析月壤表面不足0.2微米厚富水非晶层的NanoSIMS实验方法设备,是近二十年才成功应用的。

稍有地质学常识的人还知道,现代类地行星探测可以使用遥感手段,探测主成分与光谱特征明显的部分微量成分。

稍有地质学常识的人检索后可以知道,世界上首次确认来自月球的陨石是1981-1982年。第一块确定来自月球的陨石是ALHA-A81005,1981年才确认。美苏登月采样都是在此之前的事。因此就时间线而言,“用陨石仿制月壤、月岩”的说法与实际时间线矛盾。


关于月球样品常见谣言:

1,美国采样六次、苏联采样三次,获取的月壤成分都差不多。

2,美国采样六次、苏联采样三次,没有发现月球新矿物。

3,美国月壤没有发现水。

4,采样返回月壤可以用陨石或地球岩石仿冒。

5,美国登月设备图纸资料全部丢失。


老规矩:

1,事先充分检索有可信来源的资料。

2,回复之前请完整阅读本文章。

3,注意审题,充分理解讨论前提。

4,人身攻击、忽视讨论前提、不审题、缺乏可信来源的回复,有被折叠的风险。

编辑于 2023-12-04 09:12・IP 属地德国
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杨溢
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