月球就像是⼀⾯镜⼦，通过它，我们看到的是我们⾃⼰。杨蔚·中国科学院地质与地球物理研究所研究员。亲爱的朋友们⼤家好，我是杨蔚，来⾃中国科学院地质与地球物理研究所。今天我分享的题⽬是《阅壤》，我将为⼤家介绍⽉球的历史，以及为什么嫦娥五号⽉球样品如此珍贵。
我所在的中国科学院地质与地球物理研究所是⼀个百年⽼所，最早可以追溯到1913年成⽴的中央地质调查所。⽽我所从事的研究⾏星科学却⾮常年轻，去年才被国务院学位委员会批准为⼀级学科，今年才被教育部列为本科招⽣专业。我们的魏勇副所⻓在格致论道上有⼀个演讲：《关于中国⾏星科学教育的未来》，⼤家感兴趣的话可以去了解⼀下。
带我⾛进⾏星科学⼤⻔的是林杨挺⽼师。他是⼀个追星星的⼈，研究天体化学，也就是研究陨⽯。⽽我最初是研究地球的，能够进⼊林⽼师的团队纯属偶然。但是回过头来看，改变我们⼀⽣的，往往是这些偶然事件。这种偶然把我变成了⽉球样品管理员，管理着我们研究所申请到的⽉球样品。
在14亿中国⼈中，我是那为数不多的、可以近距离接触⽉壤的⼈，我不仅可以“举头望明⽉”，我还可以“低头赏⽉壤”。能够研究⾃⼰国家的⽉壤，是⼀件极其幸运的事情。你需要在正确的国家，⽣在正确的时代，在正确的研究所，从事正确的研究。
2021年7⽉12⽇，第⼀次拿到嫦娥五号样品。这是去年7⽉12⽇，我们第⼀次拿到嫦娥五号样品的那⼀刻。我就是最右边那个拎包的，包⾥⾯就是⽉球样品，那种激动和⾃豪终身难忘。
⾏星科学，样品为王。我们为什么会这么激动呢？要知道：⾏星科学，样品为王。掌握了样品就掌握了前沿。我们对地外天体的认识可以分为三个阶段：天⽂观测、遥感或就位探测、采样返回。通俗地说，就是远距离看看，近距离看看，带回家看看。⽽⼀旦我们把样品带回家，我们对这个天体的认识，就会发⽣质的⻜跃。因为在实验室，可以⽤各种先进的技术给样品来个全⽅位的体检。
这个时候，样品就像是⼀本历史书，能给我们讲述那个遥远星球上曾经发⽣过的故事。
我们今天对⽉球历史的理解，⼏乎全部建⽴在⽉球样品的研究之上。最著名的例⼦就是⽉球的岩浆洋理论。它是说，在⽉球形成之初，表⾯曾经覆盖了⼏百公⾥深的岩浆的海洋。1969年，科学家在阿波罗11号样品中发现了奇怪的物质。这样⼀个故事是怎么来的呢？让我们穿越回1969年。当时阿波罗11号载⼈登⽉并带回⽉球样品，之后科学家进⾏了详细的研究，很快就在⾥⾯发现了⼀种奇怪的物质，就是这种⽩⽩的斜⻓岩。
这其实已经解决了⼀个⻓久以来的谜题：在很久很久以前，古⼈就发现⽉球上有⿊⾊和⽩⾊的区域，他们的解释是⽉球上住着嫦娥和⽟兔，那这些⿊⾊就是嫦娥和⽟兔的影⼦吧。后来⼈类发明了望远镜，看得更清楚了，⽉球上并没有什么嫦娥和⽟兔。通过观察，⼈们认为，这⿊⾊是因为地势⽐较低有海洋，因此被称为“⽉海”。⽽这⽩⾊是因为地势⾼，所以叫做“⾼地”。这样的名称⼀直沿⽤到了今天，尽管我们现在都知道⽉球上并没有海洋。
那么这些⿊⾊和⽩⾊的到底是什么呢？阿波罗11号已经给了我们答案：这⿊⾊就是⿊⾊的⽞武岩，这⽩⾊就是⽩⾊的斜⻓岩。
解决了⼀个谜题，但是也带来了新的谜题——斜⻓岩本身就是个问题。要理解这个问题，⾸先我们要知道什么是正常情况。在正常情况下，⼀颗⾏星形成之后，因为内部有⼀些放射性元素产⽣热，它会发⽣⼩规模的熔融。
这种⼩规模的熔融会把铁质的、重的熔体聚集到核部，形成了⾦属核；⽽把这些轻的硅酸盐熔体喷发到了表⾯，形成了⽞武岩的壳。我们可以看到，⽕星、⾦星和地球的⼤洋地壳都是⽞武岩，⽽这样⼀个过程是不会形成斜⻓岩的，这就是⽉球奇怪的地⽅。
怎么才能形成斜⻓岩呢？在1970年仅仅拿到样品半年之后，科学家就给了答案：那就是需要⼀个⼤规模的深达⼏百公⾥的岩浆的海洋。
在这个岩浆海洋冷却的过程中，最开始会有⼀些重的矿物结晶出来，堆积在岩浆洋的底部。重点是这个过程到了60%-70%的时候，有⼀种⽩⾊的矿物，就是斜⻓⽯，它会结晶出来。因为斜⻓⽯的密度⽐较⼩，所以它会漂浮在岩浆洋的表⾯，这样⼀个过程就会形成我们今天看到的斜⻓岩⽉壳。这就是岩浆洋模型的由来。
这样⼀个过程它也会产⽣另外⼀个效果：那就是当岩浆洋冷却到99%的时候，它最后那1%的岩浆会⾮常富含钾（K）、稀⼟（REE）和磷（P），把这些字⺟拼在⼀起就是克⾥普（KREEP）。克⾥普是⽉球上独有的现象，它为什么重要呢？因为它聚集了⽉球绝⼤部分的放射性⽣热元素，因此它就决定了⽉球是怎么冷却的。
岩浆洋只是⼀个例⼦，从⽉球形成的⼤撞击理论，到⽉球的⽕⼭活动停⽌，从⽣到死都跟⽉球样品的研究有关。这⾥的“死亡”是⼀种⽐喻，指这个星球失去了活⼒，没有⽕⼭活动了，磁场消失了，没有办法再抵御太阳⻛的侵蚀，⼤⽓开始逃逸，整个世界是⼀⽚死寂。
你可能会问：我们为什么要知道这些呢？理解了⽉球的历史跟我们有什么关系呢？其实，⽉球就像是⼀⾯镜⼦，通过它，我们看到的是我们⾃⼰。我们会看到我们地球早期也曾经遭受过同样的苦难，我们会理解恐⻰的灭绝也许来⾃于⼀次偶然的⼩撞击，但这种偶然的背后蕴含着某种必然，我们也将看到我们地球的终点是什么样⼦。
从这样⼀张⽉球演化图上，⼤家可能会发现⼀个问题：那就是我们并不确切地知道⽉球是什么时候死亡的。过去对于样品的研究，发现⽉球的⽕⼭活动最晚可以持续到28亿年前。但⽉球就死于28亿年前吗？答案是不⼀定。因为阿波罗和⽉球号并没有收集到⽉球最晚期的样品。
这是阿波罗和⽉球号完成的9次采样的采样点，⼤家可以看到它覆盖的⾯积⾮常有限。这就是为什么我们国家的嫦娥五号任务要继续到⽉球去采样，它的⽬的就是要去采集⽉球最晚期⽕⼭活动的样品。
嫦娥五号选择的正是这样的⼀个⽉⾯上撞击坑最少的区域，左边这张图显示的就是撞击坑统计的结果，越红就是撞击坑越少。所以嫦娥五号的着陆点属于⽉⾯上最晚期形成的区域之⼀。右边这张图显示了嫦娥五号着陆点另外⼀个特点：就是它⾮常富含放射性元素钍。还记得我们前⾯介绍的富集放射性元素，它通常与克⾥普相关。
根据这两张图，科学家就提出了⼀个假说：⽉球的克⾥普实际上是分布不均匀的，它主要就分布在⽉球正⾯⻛暴洋的这⼀⼩⽚地区，所以叫做⻛暴洋克⾥普地体。这个不均匀的分布会造成⽉球上绝⼤部分的放射性⽣热元素都集中在这个区域，⽽持续放热可以维持这个地⽅⻓期的⽕⼭活动。但是，这样⼀个假说却从来没有得到最晚期⽕⼭活动样品的验证，⽽我们嫦娥五号恰恰是要去采集这样的样品来验证这样的假说。
总结⼀下就是说，如果我们能够拿到嫦娥五号样品，那么我们⾸先要做两件事：第⼀件就是定年，从⽽获得⽉球死亡的年龄；第⼆就是去分析它的成分，判断是否与克⾥普相关。
但是说起来容易，要做起来可不容易。因为我们收集到的是⽉壤，可以对标的任务是苏联的⽉球号，它也只收集到了⽉壤。跟阿波罗采集了很多⽯块相⽐，⽉球号所取得的成果⾮常有限。
⽉壤的研究有两个⽅⾯的困难：第⼀，它很珍贵，花费了⼤量的⼈⼒、物⼒、财⼒，才收集这么⼀点点样品，那显然是尽可能不要⽤那些损耗样品的分析技术；另外⼀个特点它⾮常微细，平均粒度⽐我们的⾯粉还要细，这就意味着我们需要采⽤⼀些⾼精尖的显微技术。
不过，这样的困难有⼈早在18年前就已经预料到了，他就是我们研究所当时的所⻓丁仲礼院⼠。2004年1⽉，嫦娥⼯程⽴项，确⽴了“绕、落、回”三步⾛，这就意味着我们终将有⼀天会获得⽉球样品。⽽谁来迎接研究⽉球样品这个挑战呢？那⼀定是我们这些终⽇跟岩⽯和⼟壤打交道的地球科学的研究者。所以丁所⻓就觉得，这就是我们所的责任。
⽽要解决这个问题，在当时是相当困难的，没有相关领域的⼈才，没有平台，没有技术。所以我们的策略也是三步⾛：聚⼈才、搭平台、研发技术。
⾸先，研究所引进了李献华⽼师和林杨挺⽼师。他们⼀个是做同位素年代学的，来解决定年的问题；⼀个是做天体化学的，来解决分析成分的问题。然后，我们所搭建了显微分析平台。通过⼗多年的时间，在这个平台上陆续研发出了多种的同位素分析技术，这些技术就是专⻔为定年和分析成分准备的。
根据⽉壤样品的特点，我们不能去损耗它，所以我们要想办法⽤不损耗样品的⽅式，从样品中获得尽可能多的信息。所有的这些平台其实都可以想象成⼀个显微镜，它们的原理是类似的。你⾸先需要有⼀个源，这个源可以产⽣⼀束光、⼀束电⼦或者⼀束离⼦，然后照射在样品上；从样品中再激发出光、电⼦或离⼦，通过收集这些信号；我们就可以知道样品的形貌、结构和成分信息。
在有了平台之后，我们要研发技术。
这就像我们有了⼀辆⻋，它还不够快；有了⼀把枪，它还不够准。所以我们要对它进⾏⼀定程度的改进。举⼀个例⼦：常规的离⼦探针定年的空间分辨率都是10微⽶。这样的分辨率对地球样品来说是⾜够了，但是对于⽉球样品是不够的。上⾯这张图显示的这些⽩⾊条状矿物，就是⽉球样品中的定年矿物。可以看到，它的宽度都是3微⽶甚⾄更⼩。如果我们⽤10微⽶的分辨率去定年，是做不出来的。所以我们需要把这个技术再往前提⾼⼀点点。
别看只是从10微⽶提⾼到3微⽶，你可能想象不到这个困难，它要耗费⼏位⼯程师⼗年的⻘春。其它的平台也是⼀样的，⽐如说纳⽶离⼦探针、激光等离⼦体质谱等等。我本⼈也是因为研究所需要在纳⽶离⼦探针实验室研发分析技术，才偶然进⼊了林⽼师的团队。
我记得我们实验室开张的第⼀天，那个时候所⻓已经是朱⽇祥院⼠了，他给我们说了⼀句话：你们实验室就是为嫦娥五号样品做准备。正是他这样⼀句话，⼀直激励着我们到现在。
⼗年如⼀⽇地研发技术是⾮常枯燥的，但有些⼯作可能更枯燥⼀些。这是我们所的⻢红霞⽼师，她的⼯作后来被证明⾮常重要。就是去挑选微细的颗粒物，这是我们进⾏⽉壤研究的第⼀步。因为我们⾸先要从⾮常微细的⽉壤中，把⽬标的颗粒给挑选出来。⻢⽼师做这样⼀个⼯作⼀做就是15年，挑选了不计其数的颗粒。在她的领域，她是毫⽆疑问的世界第⼀。
除了枯燥以外，其实更难受的是⼼理上的⼀些担⼼和怀疑。常常有⼈会问我⼀个问题，你们能拿到⽉球样品吗？这个问