2021-03-01
專家信息：楊亞洲 博士，中國科學(xué)院國家空間中心，博士后、特別研究員助理
研究方向：行星光譜學(xué)和行星地質(zhì)學(xué)
教育經(jīng)歷：2013年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）獲地質(zhì)學(xué)學(xué)士學(xué)位，2019年獲行星地質(zhì)與比較行星學(xué)博士學(xué)位。
深空項目工作：嫦娥3號和嫦娥4號主要參與者，負責(zé)光譜探測數(shù)據(jù)的科學(xué)解譯工作。
孫晶老師：楊博士您好！
楊博士：孫老師您好！
孫晶老師：
很高興能夠邀請您走進我們的課堂，我知道您參加了嫦娥三號和嫦娥四號的科研工作，能否為我們簡單介紹一下，您是通過哪些手段，在還沒有拿到月球樣品的時候就知道月球上的礦物組成有什么了呢？
楊博士：
好的，我首先舉一個地球上的例子吧。大家如果看到不同顏色的巖石會發(fā)現(xiàn)顏色的差異，這個顏色的差異實際上與巖石中所含有的不同的礦物有關(guān)，有的礦物看起來明亮一點，有的礦物看起來暗一點。
在早期人們通過肉眼或者望遠鏡看月球的時候發(fā)現(xiàn)月球表面有的地方比較暗，有些地方比較亮，這實際上代表它具有不同的成分。后來人類就擁有了探測器發(fā)射到月球軌道上，可以獲得很高分辨率的月球光譜數(shù)據(jù)，通過光譜可以更深入的分析月球表面不同地方礦物成分分布的差異。
孫晶老師：
好的，通過你們的研究結(jié)果，月球上究竟有哪些礦物呢，跟地球上的一樣嗎？
楊博士：
月球礦物的種類總體上肯定是沒有地球上豐富的，它的主要礦物是硅酸鹽類的礦物，主要有橄欖石。不知道大家現(xiàn)在是否接觸到這些礦物？
孫晶老師：
同學(xué)們學(xué)過《普通地質(zhì)學(xué)》對礦物有了一定的了解。
楊博士：
好的，主要有橄欖石、斜長石、輝石這樣的礦物，還有一些暗色礦物比如鈦鐵礦之類的。這些礦物和地球上同類型的礦物沒有什么差別，基本的晶體結(jié)構(gòu)是一樣的。硅酸鹽礦物主要是硅氧組成的骨架，中間填充一些金屬離子，它們可能存在差異的地方就是這些金屬離子的比例，比方說月球上的亞鐵離子和鎂離子比值差異可能和地球上有些不太一樣。但是地球上不同地區(qū)產(chǎn)出的同一類型礦物也是在成分上有差異的。月球有上一些非常稀少的礦物地球上還沒有，大多數(shù)需要結(jié)合電子顯微鏡進行顯微分析才能識別出來。
孫晶老師：
好的，我們知道嫦娥四號是世界上第一次在月球背面進行軟著陸的，而我大概了解月球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)周期是大致相同的，所以站在地球上我們其實是看不到月球背面的，我特別想替同學(xué)們問一下，月球的正面和背面到底有哪些區(qū)別呢？
楊博士：
確實是，它處于一個潮汐鎖定的狀態(tài)，所以我們只能看到月球的正面。但是由于它有一個類似于天平狀態(tài)下的靜度，所以我們看到的月球正面有一個晃動，可以看到超過百分之五十的面積。背面的話我們可以看到有些大片比較暗的區(qū)域，周邊有些比較亮的區(qū)域，比較暗的區(qū)域我們通常稱為月海，里面主要是一些玄武巖，比較亮的地方主要是一些比較富含斜長石的高地。如果再看背面的話，它的月海比較少，基本都是一些富斜長石的高地。
孫晶老師：
好的，我們知道嫦娥五號現(xiàn)在也成功了，也取回了很多樣品。但是我知道在嫦娥五號之前也經(jīng)歷了一代一代人的努力，包括嫦娥一號、一直到三號、四號。那么您覺得三號四號對五號的貢獻有哪些呢？
楊博士：
首先就是工程上的貢獻。嫦三、四、五是我們國家探月的規(guī)劃也就是“繞”“落”“回”。一號是“繞”，二號是一號的備份型，一號成功了，二號就又發(fā)上去了，同樣是繞。三號是落下去，也就是成功落在月球的正面。美國阿波羅計劃的六次采樣方位全部是落在月球的正面，我們也是落在月球的正面。四號是三號的備份，我們做了一個更有挑戰(zhàn)性的——落在月球背面。
因為我們只能看到月球的正面，所以落在月球背面的時候，探測器傳送器沒辦法和地面直接通信，所以在此之前我們發(fā)射了一個“鵲橋”中繼衛(wèi)星，然后我們成功地落在了月球的背面，這是工程上的一個突破。到了五號后的難度就更大了，因為我們不僅要落下去，我們還要返回來，非常復(fù)雜，大家在網(wǎng)上可以搜到相關(guān)的介紹。在工程上，前面的成功為我們積攢了工程基礎(chǔ)，嫦娥三號四號都是一個著陸巡視探測任務(wù)，就是著陸器著落下去，釋放月球車，也是去探測。
嫦娥五號沒有帶月球車，就帶了一個著陸器，著陸器上帶了一個上升器，也搭載了一些科學(xué)載荷，比如說一個光譜儀。這個光譜儀繼承自嫦娥三號四號的光譜儀，但是在三號四號的基礎(chǔ)上把光譜探測波段范圍進一步拓展，可以進行水的探測。像水羰基的吸收峰在2.9微米左右，嫦娥三號四號的光譜范圍只到了2.4微米，我們現(xiàn)在嫦娥五號的光譜探測范圍已經(jīng)拓展到了3.2微米，所以就有可能探測到月壤里面的水，也可以探測月球上的一天，也就是一個月左右，它在這一天范圍內(nèi)看著月表，有一個勺子可以采取樣品，挖了樣品后，測量挖洞的地方，看看測量挖洞地方的前后光譜變化，看看有沒有可能確實有水的信號。
孫晶老師：
所以有水嗎？這個可以說嗎？哈哈
楊博士：
哈哈，因為現(xiàn)在我們還沒有拿到光譜數(shù)據(jù)，就是從嫦娥五號著陸的位置上來看它是一個非常非常有科學(xué)意義的位置，目前返回來的阿波羅樣品都非常老，嫦娥五號著陸的可能是月球上具有最年輕火山巖的地方。因為我們就是要根據(jù)火山巖的形成年齡來推斷月球的火山活動持續(xù)到了什么時候，嫦娥五號的樣品可能會幫助我們把月球火山活動的年齡范圍擴展一大部分。
孫晶老師：
好的，我們《造巖礦物學(xué)》課程開展在大一下學(xué)期，我們特別想聽一下您從學(xué)習(xí)還有工作經(jīng)驗的角度講一下礦物學(xué)在未來深空研究中到底有哪些重要性，以及您能給學(xué)生們一些寄語嗎？
楊博士：
OK，我本科學(xué)的地質(zhì)學(xué)，當(dāng)時學(xué)了很多地質(zhì)方面的專業(yè)課，后面讀研的時候我們學(xué)校正好成立了行星科學(xué)研究所，我了解了一下后發(fā)現(xiàn)很好。我想很多同學(xué)小時候都想過將來去從事航空航天什么的，我當(dāng)時其實也想，但是高考沒有考上，然后就選的地質(zhì)學(xué)，然后是行星科學(xué)，和航空航天沾了一點點邊。但是深入了解后發(fā)現(xiàn)這個非常有意思，像深空探測，我們可以通過不同的技術(shù)手段獲取各種各樣的數(shù)據(jù)，但是最后的落腳點都是要落到地質(zhì)學(xué)方面的解譯。
地質(zhì)學(xué)解譯有兩個非常重要的專業(yè)課，一個是礦物學(xué)，一個是巖石學(xué)。我之前很多地質(zhì)學(xué)方面的專業(yè)書都已經(jīng)丟掉了，但是我一直帶在身邊的兩本書，一本是礦物學(xué)，因為它非常重要，我現(xiàn)在還時不時翻看一下。比如我現(xiàn)在做光譜解譯，這是一個模型圖揭示的是月球不同圈層的礦物成分，我用光譜獲取了月球表面的礦物成分，如果想做進一步的解譯的話就需要有一定的礦物學(xué)的背景，地質(zhì)學(xué)的知識，不同礦物是有特定的成因、形成環(huán)境，有的礦物形成在溫度比較高壓力比較高的環(huán)境，有的礦物形成在溫度比較低壓力比較低的環(huán)境，如果在某個發(fā)現(xiàn)一種特定的礦物，通過這種礦物可以反推它形成的環(huán)境等等等等。比如嫦娥四號著陸在一個非常非常大的撞擊坑里面——月球上最大的撞擊盆地。它就有可能把月球深部的包括月幔的物質(zhì)挖掘出來，我們就可以研究月球不同深度的礦物是怎么分布的，說不定就可以構(gòu)建一個月球的圈層結(jié)構(gòu)模型。
月球圈層結(jié)構(gòu)模型，是它演化到后期已經(jīng)固定的狀態(tài)，我們可以通過它來限定初始的狀態(tài)是怎么樣的，再往前推月球是怎么起源的等等。所以我想說，把礦物學(xué)學(xué)好是挺重要的、把巖石學(xué)好是挺好的。因為總的來說，我們國家的深空探測、行星科學(xué)還處于一個起步和追趕階段，雖然嫦娥三四五取得了一定成就，但是我們也不得不正視差距。但是現(xiàn)在也正好是出于一個發(fā)展的階段，很多院士、知名學(xué)者都在推動成立行星科學(xué)一級學(xué)科。大家到了大三面臨考驗、保研的時候，如果對行星科學(xué)感興趣，也可以與我們聯(lián)系一下。
孫晶老師：
好的，感謝楊博士在百忙之中走進我們的課堂，相信今天同學(xué)們聽了您的報告后一定會心潮澎湃，如果我們今后能夠從事深空項目的話，希望楊博士能夠接受他們成為您的學(xué)生。謝謝您，希望您以后能為我們國家做出更多漂亮的成果，感謝！
