月亮的粉丝

克莱夫·尼尔演示了研磨1972年阿波罗太空任务期间从月球表面收集的微小灰烬样物质样本的过程。他的九博体育研究生杰西卡·瓦伦西亚诺（Jessika Valenciano）将准备从12月抵达校园的其他19个罐子中提取的微小月球岩石，以测量精确到十亿分之一的化学成分。

从某种程度上来说，从人类在石器时代开始使用的一种工具开始对这个世界以外的样本进行尖端的地质九博体育研究是很合适的。臼和杵做得很好，它们可能是人类历史上变化最小的工具。圆形的碗和棒状的杵起源于石器时代，与今天厨房里使用的几乎一模一样。

尼尔是圣母大学土木与环境工程与地球科学教授，他用研钵和杵把50毫克的月球风化层——月球表面的灰质“土壤”——磨成细尘，将其溶解在氢氟酸和硝酸中。这些溶液将在圣母大学环境科学与技术中心和中西部同位素与微量元素九博体育研究分析中心的办公室复印机大小的实验室机器中进行分析，以确定样品中主要元素和微量元素的丰度。

尼尔和瓦伦西亚诺正在分析的样本是1972年由阿波罗17号宇航员哈里森·施密特和吉恩·塞尔南在月球表面的真空管中收集的。这些试管自被送回后一直未开封，代表着“新”样本。

尼尔说：“这是对这个样本的第一次真正详细的分析——我们开始看到月球的一个新的部分，这是我们以前基本上没有见过的。”“样品很珍贵。为了获得它们，我们投入了大量资金。所以我们正试图最大限度地利用科学成果。”

尼尔说，太阳不断地用太阳风轰击月球，因为月球不像地球那样有大气层保护它。太阳风中含有丰富的挥发物，如氢、氮、碳和氦等元素，它们沉淀在尘土飞扬的风化层中。

当风化层被带回地球时，这些挥发物在收集和储存的过程中，或者在从月球起飞和重新进入地球大气层时发生的震动中，在一定程度上损失了。尼尔最近收到的样本的特别之处在于，它们是在3号站的真空管中收集的，这是一个滑坡区域，与阿波罗17号着陆时经过更多分析的区域不同。

在地球上，未打开的管子被放置在另一个真空罐中进行保护。对于罐内每半厘米的深度，全国和世界各地的实验室都会进行不同的分析。尼尔收到了20瓶，每瓶含有50毫克的月球岩石，预计还会有20瓶。

尼尔说：“NASA刚刚（在2019年12月）打开了这个罐子，所以这真的是一个新的、令人兴奋的东西。”“我们真的不知道风化层中真正的太阳风含量是多少，因此我们不知道它可能拥有的资源潜力。”

尼尔的最终目标是发现自然资源，使在月球上持续存在变得经济，并可能为人类进入太空的下一步提供动力。作为美国国家航空航天局（NASA）月球探测分析小组（Lunar Exploration Analysis Group）的前主席，他一直主张重返月球，无论是作为一个国家，还是作为国际空间站（International Space Station）等财团的一部分，可能还包括现在正在兴起的私人公司。

尼尔经常说：“我看到了最初的12个人在月球上行走，现在我想看到第13个人，这次我还想看到人类回到月球表面，并留在月球上。”

尼尔认为，美国是在通过阿波罗计划战胜苏联率先登月后放弃了登月计划。他8岁时在英国，他记得父亲叫醒他去看巴兹·奥尔德林和尼尔·阿姆斯特朗首次在月球上行走。他希望他的九博体育研究能进一步加深我们对月球资源如何支持定居的理解，并为建筑材料、辐射防护和火箭燃料等创造一种新的经济。

他说：“我们可以从月球永久定居点学习如何生存以及如何继续探索。”“我不认为不去月球我们就能到达火星。”

月岩样本

来自月球的岩石和风化层当然是一种罕见的现象，最近随着中国44年来首次带回月球样本的任务而重新出现。嫦娥五号太空舱于去年12月着陆，携带了大约4磅的月球泥土和砾石，这些泥土和砾石来自与之前任务不同的月球区域。

在12月之前，地球上最后的月球物质来自苏联的月球24号任务，它在1976年带回了大约6盎司的风化层。在此之前，美国的六次阿波罗地面任务在1969年至1972年间带回了大约842磅的风化层。在过去的35年里，这是尼尔的金牌。

嫦娥五号的样本有望为了解月球历史提供一个新的窗口，因为它们来自一个据信形成于大约15亿年前的月球区域。阿波罗带回的火山岩年龄超过30亿年。

尼尔说：“我们知道，他们着陆的地形比阿波罗号或苏联的任务要年轻得多。”“15亿年对于月球来说还很年轻。相对年龄的测定是通过观察给定表面上的陨石坑数量，并将其与阿波罗号进行比较来进行的，我们在阿波罗号上有样本。

“这些嫦娥样本与我们拥有的完全不同，是我们了解月球的一个令人兴奋的新篇章。”

虽然尼尔很想九博体育研究他们的样本，但他说，中国政府最近公布了如何申请访问的要求。尽管中国科学家不能申请阿波罗号的样本，但尼尔希望通过一个科学家联盟来九博体育研究嫦娥五号的样本，他认为这是九博体育研究和资助现代太空探索所必需的模式。

他说：“我所在的一个国际组织希望在没有NASA资助的情况下参与中国样品的九博体育研究。”

科学的精度

月球物质的稀有性解释了为什么分析它们的过程如此细致。在尼尔办公室附近的库欣大厅实验室，首先打开每个编号的小瓶并准确称重。洁净实验室要求脱鞋，穿白大褂，戴安全眼镜。

真空密封的塑料袋里装着小袋的贴有标签的金属小瓶。灰尘飞扬的风化层重量略低于50毫克，因为瓶子表面和盖子上有一些小棒。它被倒进一个小钵中，钵的盖子上有一个洞，这样杵就可以把它磨碎，而不会把灰尘散到空气中。

尼尔向瓦伦西亚诺展示了研磨的方法，并让她接手。这项九博体育研究的成果将成为她的博士论文。

“我们想让它达到滑石粉的稠度，”他解释说。“这是至关重要的，因为我们不能在它进入酸后重新研磨——我们需要完全溶解。”

阿波罗号的风化层在研磨后的重量又稍微轻了一点，因为有一小部分粘在了臼中。它被放入一个小塑料瓶中，等待在氢氟酸和硝酸中溶解。用稀硝酸和超纯水擦拭研钵和研杵，以避免与下一个研磨的样品交叉污染。当五瓶样品准备好后，瓦伦西亚诺在每个样品中加入酸。

溶解的样品现在已经准备好进行分析，以确定样管中的主要和微量元素，尼尔称之为“化学地层学”。

“我们有两台独立的机器，都是基于电感耦合等离子体（ICP），”他说。“基本上，你使用射频来诱导等离子体，使液体在高温下雾化和电离。然后用ICP发射光谱仪观察等离子体，光谱中波段的强度可以得到一个完整的定量主要元素分析。ICP质谱仪对离子进行计数，并对痕量元素进行全面定量分析。

尼尔在巴黎圣母院工作了30多年，分析月球和小行星的物质，使人类对月球的地质和历史有了更深入的了解。他的团队首次对各种微量元素进行了全面九博体育研究，鉴定了来自不同来源地区的矿物质，并首次对火山玄武岩进行了全面分析。

他的方法是破坏性的，这意味着样品被用完，但真空核心管中每半厘米的其他部分会保留下来。其他实验室，如新墨西哥大学和圣路易斯华盛顿大学，正在对同样的样本进行不同的分析。

“这需要一个国际联盟来做，因为没有一个实验室拥有你需要的所有仪器，”尼尔说。“这就是为什么你要把拥有不同专业知识的不同人聚集在一起。”

奔向月球

虽然珍贵的风化层可能看起来像壁炉里留下的灰烬，但它确实来自另一个天体，因此具有非常不同的特性。太阳风在月球尘埃中植入的挥发物之一是氢。

尼尔说：“我在约翰逊航天中心看过这样的实验，你把月球风化层放在真空中，加热它，水就会从底部滴出来。”“现在，那里没有水，但令人兴奋的是，这些氢原子随后与氧化铁中的氧结合，产生金属铁和水。”

这种科学奇迹说明了为什么尼尔认为在月球上永久定居不仅仅是科幻小说。但是，为什么人类要花费高昂而有限的资金去一个我们已经去过的地方呢？什么理由会促使我们花费必要的金钱和努力？

尼尔认为，太空探索带来了巨大的回报，而不仅仅是满足了我们的好奇心。在太空中生存所必需的许多发明都推动了科学和工程产品的发展，使我们在家里受益，比如手机。

他认为，如果人类要在太空中走得更远，必要的科学技术将通过人类在月球上生存和发展而发明出来。他最后的论点显示了这一承诺最终将如何实现。

氦-3是地球上极为罕见的同位素。但像尼尔这样的科学家已经证明，作为太阳风嵌入月球风化层的另一种挥发性物质，它在月球上相对丰富。如果氦-3可以在月球上开采，那么科学家们推测它可以用作持续核聚变的材料，这是中国和其他国家目前正在开发的一项技术。

“这是核聚变的天堂，”尼尔说。“没有有毒的副产品。从理论上讲，一个装载氦-3的航天飞机货舱，从月球上开采大约2到3个足球场，从我们从阿波罗那里知道的到一米或一米半，你可以为整个美国提供一年的燃料。”