天成创亿杨蔚：揭开月壤面纱——球“土特产”背后的隐藏往事

专题：2025年CC讲坛天成创亿

　　由北京君和创新公益基金会、中国科学院大学校友会联合主办，主题为“和而不同，思想无界”的CC讲坛第66期演讲2025年6月23日在中国科学院大学（北京玉泉路校区）礼堂举行。来自中国科学院地质与地球物理研究所研究员杨蔚出席，并以《揭开月壤面纱：月球“土特产”背后的隐藏往事》为题发表演讲。

　　演讲实录：

　　我是来自中国科学院地质与地球物理研究所的杨蔚，我今天要分享的故事，是我在月球科学研究中的一些感受。

　　我是一位月球研究者，研究的是月球的前世今生。而研究对象呢，是我们采集的月球样品。我管理着我们研究所的月球样品，在14亿中国人中，我就是那为数不多的能够近距离接触月壤的人。

　　我很热爱这份工作，我常常会因为研究月球样品，讲述月球故事而感到激动。

　　我和月球的缘分，最早可能要回溯到非常小的时候。我妈妈教给我的第一首古诗，是李白的静夜思。举头望明月，低头思故乡。当时的我并不能理解，为什么明月会跟故乡联系在一起。直到后来，去国外访问学习。有一段时间特别忙，每天都做实验做到很晚，然后要独自一个人，走过一段很黑的路，回到宿舍。而陪伴我的，只有月亮。每当抬起头来，看到那熟悉和亲切的月亮，就会鼻子一酸，想家。也就是那一刻，我也才真正明白静夜思的内涵，与李白产生共情。独在异乡为异客。什么都不一样，周围的人，跟我长得不一样，吃得不一样，穿得不一样，生活习俗也不一样。唯有一样东西是一样的，就是那一轮明月，仿佛是我从故乡带过来的。

　　而这里面暗含着一个科学现象，叫潮汐锁定。就是的月球公转和自转速度是一样的，导致月球始终只有一面朝向我们。这就是为什么，我们看到它，总是一样的，如此的熟悉和亲切。这也是为什么月球有正面和背面之分，始终对着我们的这一面，就叫正面。而另外一面是神秘的，我们在地球上是看不见的。

　　但是，我最喜欢的李白的诗，其实是另外一首，把酒问月。李白说，青天有月来几时，天上这一轮明月，是什么时候来的呢？这是个科学问题，而且是月球科学最重要的问题之一，我们直到今天还在研究它。

　　如果我能穿越回去，我会想告诉李白，今天科学界对于这个问题的主流答案。月球形成于45亿年前的一次大的撞击事件，一个火星大小的天体撞向了原始的地球，形成了今天的地月系统。我时常想，如果李白听说了这个故事，他会创造出怎样的诗句呢？

　　实际上李白这首诗里还体现了科学的思维。他说，今人不见古时月，今月曾经照古人。这是一种演化的思维，就是过去那个月亮，和今天的月亮，不是一个月亮。月亮是一直在变化的，这恰恰是我们今天研究月球演化历史的指导思想。

　　当然，我们对于月亮的这种思考和探索天成创亿，也并不是从李白时代才开始有的。我们都听过嫦娥奔月的故事。但是，不知道你有没有思考过这样一个问题，我们的祖先为什么要创造这样一个故事呢？

　　实际上，这背后也是一个科学现象，它源自于我们的祖先对月亮的观察。在一个满月的夜晚，如果我们仔细观察月亮，我们会发现它上面有一些黑色的阴影。这些阴影到底是什么呢？我们的祖先给出的答案是，它们是翩翩起舞的美女-嫦娥，和一只兔子-玉兔，的影子。所以这个传说，本质上，是我们的祖先，对于科学现象的解释。我们现在知道，这个答案并不正确，月球上并没有什么嫦娥和玉兔。黑色的阴影是黑色的岩石，叫玄武岩，是一种火山熔岩。见到了玄武岩，就说明月球曾经发生过火山喷发。白色区域则是白色的岩石，叫斜长岩。所以，嫦娥和玉兔的故事，是我们的祖先对科学现象的错误解释。但是，我们却如此的喜爱它。因为相比于现实一篇荒芜的月球，我更希望它上面真的住着嫦娥和玉兔。

　　经常有人问我，你为什么要研究月球？你为什么会如此热爱它？事实上，热爱并不需要理由，如果一定要给个理由的话，自古以来，中华民族对月亮的向往，就是我研究它的理由。

　　但是，在过去的相当长一段时间里，我们是落后的，我们是没有机会的。我们几乎缺席了整个现代科学对月球演化历史的研究。刚刚我们讲的月球诞生的故事，是美国阿波罗计划的重要成果。所以，如果我们要穿越回去跟李白讲月球起源的故事，我们还得跟他解释，这是美国人的发现，我们落后了。

　　所幸的是，过去二十年，我们的嫦娥工程，正在重新把中华民族带回认识月球的舞台。从嫦娥1号到6号，六战六捷，能够见证这一历史，甚至参与其中，我们怎能不感到自豪？

　　这是2021年7月12日，第一次月球样品发放仪式。我就是这张照片里最右边那个拎包的，包里面就是月壤。那一刻，我们都异常激动。对于从事月球科学研究的人来说，这是何等的幸运。为了迎接这一刻，我们研究所已经准备18年，而我个人也整整准备了10年。在那一刻，我才第一次深刻感受到了使命感。航天人耗费巨大的心血，采回如此珍贵的样品。从航天局把样品交给中国科学院，我们就承载着样品研究的使命，肩负着整个民族在此时此刻对月亮的向往。

　　我想，大家肯定也一定跟我们一样很好奇，月壤到底长什么样子？

　　在拿到样品之前，我们只能通过美国和苏联的文献和照片，来了解月壤。其实看起来并没有什么特殊之处，似乎就是一些松散的粉末。

　　这是地球土壤和月球土壤剖面的对比图，看起来它们非常相似，上面是松散细粒的物质，越往下粒度逐渐变粗，最后到达基岩。它们都是由岩石，经过一个风化过程，破碎形成的。当然，二者也有显著的不同，月壤中没有液态水、没有生物、无泥、没有粘土矿物、极少量的气和有机质。而这些组分在地球土壤中是非常常见的。

　　这种差异，本质上反映的是，两个天体表面环境的巨大差异。月球表面是一个没有大气的高真空状态，长期遭受各种宇宙射线、高能粒子、陨石和微陨石的轰击。它的环境，时刻提醒着我们，地球宜居环境是多么的难能可贵。即使相生相伴的两个天体，与太阳的距离几乎相等，都处于所谓的宜居带内，却并不必然都演化出像地球这样的适合生命生存和繁衍的表面环境。

　　当然，这是在我们拿到月球样品之前就知道的知识，那么，嫦娥五号和六号月壤到底能带给我们哪些过去不为人知的故事呢？

　　在嫦娥五号任务采样返回之前，美国阿波罗和苏联月球号已经完成了9次采样。但是，如果我们把这个采样点围成一个区域的话，它仅占月球表面面积的8%天成创亿，也就是说，还有大量的区域没有采集样品。

　　通过对这9次样品开展研究，科学家获得这样一个月球形成和演化的框架，它主要记录了月球30亿年以前的历史。而这些古老的历史，在地球上是非常少见的。这就是为什么我们常常说，月球是地球丢失的“童年记忆”，月球的同年是残酷的，地球的童年相必也好不到哪里去。这演化的框架存在一个重要缺陷，缺失月球30亿年以来的历史。但也有人认为月球在30亿年前就已经失去了活力，濒临死亡。

　　为了了解月球的晚年是如何度过的，我国的嫦娥五号任务去了一个月球上可能是最年轻的地方，因为这个地方的陨石坑很少，说明它暴露月球表面遭受陨石撞击的时间不长。

　　但是光是获得月壤样品还不足以保障我们获得重要的科学发现。这是因为月壤的研究极具挑战。50多年前，其实苏联也有3次采样，但是并没有获得什么重要的科学发现。主要原因就是月壤颗粒细小，而当时的技术能力不足。而美国的阿波罗计划因为采集了大量的岩石样品，而无须面对这个挑战，于是取得了大量科学发现。而我们的嫦娥五号、六号采集的也是月壤样品。

　　为了迎接这个挑战，我们研究所提前18年开始准备。吴福元老师、李献华老师、林杨挺老师，都是在那个时期来到研究所的，然后他们就开始了漫长的人才培养，平台建设和技术研发。针对月壤样品的特殊性，我们研发了多种的定年和同位素的分析技术。

　　而在拿到嫦娥五号样品之后，任务反而简单了。我记得那几天，我一直处于亢奋状态，很神奇，每天只睡3-4小时，而且根本不觉得困。首先，我们会对月壤做一个CT扫描，我们可以通过这个识别出月壤中有哪些岩石的碎片。

　　然后，我们手工把一些较大的颗粒挑选出来，编上号，一个一个的做实验分析。

　　53个小时我们就获得了第一个定年数据，55个小时获得第一个氢同位素数据，一星期之内获得了锶-钕同位素数据。

　　来看一下实验结果，定年结果显示，嫦娥五号月壤中的玄武岩形成于20亿年前，这意味着月球在20亿年前还活着，比过去认为的要晚10亿年。

　　这一发现，实际上带来了一个新的问题。月球为什么可以活得如此之久，月球作为一个很小的天体，热演化模型预测它的火山活动难以持续到25亿年前。刚开始，我们猜测有两种可能的原因，一种是其内部富含放射性元素，其生热引发了火山，另一种是其内部富含水，导致熔点降低，引发了火山。

　　但进一步的研究结果显示，两个可能性都可以排除了。其内部既不富含放射性元素，也不富含水。月球长时间火山活动，从此成为了一个谜题。但有一点已经形成了共识，那就是月球比我们过去想象的冷却要慢。

　　所以，嫦娥五号样品样品，总结一下，就是揭开了月球的晚年，月球寿命比我们过去认为的要长。这意味着我们需要重新考虑行星的冷却历史，包括地球，如果月球寿命都可以这么长，地球的冷却是否也会比预期的更慢。

　　很快我们又迎来了嫦娥六号样品。它实现了人类历史上第一次从月球背面采集样品。我们为什么要去背面采集样品呢？事情还得回到，1959年，苏联Luna 3号探测器第一次拍到月球背面的照片。虽然这张照片很模糊，但是我们也能看出来，与正面很不一样。仔细看看，想想与正面有什么差别。如果翻个面，是月球背面一直朝向我们，而不是正面，我们的祖先绝不可能创造嫦娥和玉兔这样的神话传说。

　　随着探测技术的进步，人们发现这种正面和背面的差异，表现在很多方面，玄武岩分布，正面多，背面少，放射生热元素，正面高，背面低，月壳厚度，正面薄，背面厚。这么巨大的差异到底是如何形成的呢？这个问题也一直困扰着我们。而第一次去月球背面采样的嫦娥六号任务，无疑为解开这个谜题打开了一扇窗口。

　　月球背面一个最显著的特征，就是它存在一个巨大的撞击盆地，它直径约为2400公里，与中国地图的那个鸡肚子差不多大。要形成如此大的撞击盆地，需要一个大小约500公里的撞击体。而嫦娥六号任务的采样点位于这个撞击盆地的内部。

　　在嫦娥六号月壤中就发现了这次撞击的遗迹，即撞击熔岩，确定了这次大型撞击的时间是42.5亿年前。那么这次撞击对于月球正面和背面的差异，有没有什么贡献呢？

　　进一步对月壤中玄武岩研究发现，撞击之后的月幔，不仅放射性生热元素更低，而且水含量也更低。似乎暗示着，这次巨大的撞击，对月球的后续演化产生了深远的影响，甚至它可能就是月球正面和背面差异形成的诱导因素之一。

　　总结一下，嫦娥六号样品发现，月球正面和背面的差异，不是一个简单的表面现象，而是深部月幔，正面和背面也存在差异。如果这种大型撞击，可以这样去改造月球，那么与之相生相伴的地球，毫无疑问，应该也经历过这种巨大撞击，并被它深刻的影响。

　　有时候，回想起这些年我参与的研究工作，就会觉得自己很幸运。要知道也有很多著名的月球科学家，比如欧洲科学家，研究了一辈子，也没有能够迎来自己国家的月球样品。但是，我想更加幸运的应该还在后面。我们未来还有嫦娥7号月球南极探测，嫦娥八号月球科研站基本型，2030年前后的载人月球探测。天问2号：小行星探测和采样，天问3号：火星采样，天问4号：木星及冰卫星探测。中华民族探索宇宙的序幕才刚刚拉开，还会有一代一代的科学家、工程师、前仆后继，投入其中。古人今人若流水，共看明月皆如此。

　　我常常会去一些中小学，甚至幼儿园做科普报告，讲一讲我们和月球的故事。事实上，每一次场面都异常的热烈，孩子们天然对月球充满了向往。这一种延续，一种传承，看着他们，我就会对我们国家，我们民族的深空探测事业，月球和行星科学研究，充满了信心。

　　未来，他们或许会成为第一代星际移民，在月球上建设基地，实现地月运输的常态化，他们会去月球旅游，打卡，拍照，发朋友圈。他们会建立月球的生态系统，种菜，实现自给自足。

　　最后的最后，我想用一句话来总结今天的报告，从先祖的神话传说，到李白的千古绝句，到今天的科学探索，再到未来的星际移民。这些看似完全不同的事情，只不过是，中华民族在不同的时代，用不同的方式诠释着自己对月亮的向往。我的报告到此结束，谢谢大家。