月球表面的尘土具有哪些特性,为什么它在失去氧气后变成了金属?

作者:石兰(抄袭必究)

当夜幕降临之后,我们可以在夜空中观察到许多星体,看似渺小的它们往往比我们的地球还要大好几倍。然而,在宇宙的众多天体中,人类对月球倾注了更多的特殊情感,它不仅是夜晚天空中最耀眼的一颗星体,更是人类曾踏足过的第一个地外天体。当我们在描述月球形象的时候,几乎布满整个星球表面的撞击坑,便会成为其标志性特征,却很少会提及能给航天器带来巨大危害的月尘。那么,这些覆盖于月球表面的尘土到底具有怎样的特性,为什么当它的所有氧气被除去之后会成为一堆金属?

月球尘土具有复杂的形成过程

地球表面结构的塑造,主要是通过生物和地质过程来完成,但与地球有所不同,月球表面的碎屑则主要由物体撞击地壳时形成的粉碎物质,以及事件过程中的爆炸碎片组成。矿氧化物中锁定了矿物质和氧气,并再次被撞击热所产生的玻璃状颗粒物体锁定。简而言之,月球上的土壤主要由尘埃和岩石碎屑组成,厚度通常处于5到10米之间。在月球的地质历史时期,覆盖在星球表面的它们,经历了复杂的形成过程,比如,宇宙射线、陨石撞击、太阳风辐照,以及极端温度变化所导致的岩石破碎等。

科学家们将月球表面覆盖的粉末状尘土称为月尘,它们在月球的“月坑”和“月海”区域中分布较厚,却在其陆地区域中呈现出量少、且不均匀的趋势。这些月球尘土的粒径往往小于一毫米,含有玻璃、橄榄石、斜长石等多种物质成分,有时候甚至还会有尖晶石和方英石这样的成分包含在其中。与此同时,像粉末一样细腻的月球尘土只要附着在辐射器、或是宇航员的身上便很难清除,甚至还会导致航天器的故障,比如,光学系统的灵敏度下降和机械结构被卡死。

月球上的尘土具有哪些特性

事实上,月球表面的这些尘土具有很低的热导率,由于它可以在一段相对较长的时间里保持带电的状态,因而,月球土壤中的这些微小颗粒,会在光电效应和太阳风辐照的作用下漂浮、并进行较长时间移动。这便是为什么,当我们的着陆器、宇航员,又或是月球车在该星球表面走动的时候,会出现一定程度上的尘土飞扬现象。而在月球的重灰岩中,氧气可占据其质量的40%到45%左右,因而成为了其主要的元素构成部分。

在过去的很长一段时间里,科学家们一直致力于原位资源利用,寻找一种可将其他元素和氧气进行分离的方法,以将两者的价值利用达到最大化,而实现该过程涉及到能量消耗,则成为了研究人员们面临的主要障碍。大量的氧气蕴藏在月球上的积土之中,以玻璃或矿物质形式结合于氧化物中的它,无法得到实时利用,但其本身却是一种尤为稀有的资源。终于,科学家们在一项新的研究中,实现了从月球尘土中提取氧气的方式,并且,不需要耗费太多能量便可让其分离出金属副产物。

月球尘土到金属物质的转变

首先,我们可以通过下面的这张图片,对月球高地、月球低地和地球上特定元素的浓度有一个基本的了解。科学家们在进行月球尘土中物质的提取时,主要是通过电解的方式,并以熔融盐作为整个过程中使用到的电解质,这也是和我们中学时期所了解到的电解有所不同的地方。研究人员通过熔融盐电解的这种方式,完成了直接从粉末到固体金属物质转变的第一个实例,并且,几乎所有的氧气都被该模拟物所提取。

而这种具有替代性的提取月球尘土所含氧气的方式,可以将原有的产率明显降低,而不需要将重结晶碎屑物质,置于高达1600摄氏度以上的极端熔化温度条件下。当放置于网篮中的模拟物质,被熔融氯化钙盐加热到了950摄氏度,并电流通过之后,它开始在阳极收集提取出来的氧气。不同于其他提取方式对温度必须达到1600摄氏度的要求,这样的电解方式有效地降低了提取氧气过程中所涉及的能量消耗。

并且,仅仅在50个小时的时间里,研究人员就完成了96%的氧气提取,倘若你对氧气的剩余成分要求不高,那么提取出75%的氧气则只需要15个小时。由于需要被分离的材料并不是液体形态,因而该过程可以实现能量的有效降低,并且,这个过程还不会产生任何会带来不良影响的附属物质。我们都知道,月球尘埃的某些组成部分中,氧气的含量非常丰富,对于月球上不同位置的矿物质如何进行利用,科学家们还有很多工作需要去做,而这样的实验结果,则给我们未来的空间探索带来了更多的可能。