月船3号探测到月球上“意想不到”的硫含量

2023年8月23日，印度的月船3号（Chandrayaan-3）着陆器在距离月球南极375英里（600公里）的地方着陆，这对全球的月球科学家来说是一个激动人心的里程碑。

在不到14个地球日的时间里，月船3号为科学家们提供了宝贵的新数据和进一步探索月球的灵感。印度空间研究组织已经与世界分享了这些初步结果。

据月船3号月球车的数据显示，月球土壤中含有铁、钛、铝和钙等预期元素，同时也显示了一个意想不到的惊喜：硫。月船3号月球车名为“Pragyan”，在梵语中意为“智慧”。

很多行星科学家已经知道，硫存在于月球岩石和土壤中，但浓度很低。但这些新的测量表明，可能存在比预期更高的硫浓度。

Pragyan 有两种分析土壤元素组成的仪器：α粒子X射线光谱仪和激光诱导击穿光谱仪，简称LIBS。这两种仪器都测量了着陆点附近土壤中的硫。

月球两极附近土壤中的硫可能会帮助宇航员有朝一日在月球上生活，使这些测量成为科学探索的一个例子。

月球地质

月球表面有两种主要的岩石类型：深色的火山岩和明亮的高地岩石。这两种材料之间的亮度差异形成了我们熟悉的“月球上的人”的脸或“兔子”的肉眼图像。

科学家们在地球上的实验室里测量月球岩石和土壤成分，发现来自深色火山平原的物质，往往比明亮高地的物质含有更多的硫。

硫主要来自火山活动。月球深处的岩石含有硫，当这些岩石融化时，硫就变成了岩浆的一部分。当融化的岩石接近地表时，岩浆中的大部分硫变成气体，与水蒸气和二氧化碳一起释放出来。

但还有些硫确实留在岩浆中，冷却后留在岩石中。这个过程解释了为什么硫主要与月球上的黑色火山岩有关。

月船3号对土壤中硫的测量是首次在月球上进行的。在数据校准完成之前，无法确定硫的确切量。

Pragyan 上的 LIBS 仪器收集的未经校准的数据表明，月球两极附近的高原土壤可能比赤道的高原土壤具有更高的硫浓度，甚至可能比深色火山土壤更高。

这些初步结果，让研究月球的行星科学家对月球作为一个地质系统是如何运作的有了新的认识。但我们仍然需要等待，看看月船3号团队的完全校准数据是否证实硫浓度升高。

大气中硫的形成

科学家对硫的测量很感兴趣，至少有两个原因。首先，这些发现表明，与月球赤道地区的高地土壤相比，月球两极的高地土壤可能具有根本不同的成分。这种成分上的差异可能来自于两个地区之间不同的环境条件 —— 两极受到的直射阳光较少。

其次，这些结果表明极地地区有更多的硫。这里集中的硫可能是由极薄的月球大气形成的。

月球极地地区受到的直射阳光较少，因此，与月球其他地区相比，那里的温度极低。如果表面温度下降，低于-73摄氏度（-99华氏度），那么来自月球大气的硫就会以固体形式聚集在表面，就像窗户上的霜一样。

两极的硫也可能来自于发生在月球表面的古代火山爆发，或者来自于撞击月球表面并在撞击中蒸发的含硫陨石。

月球的硫是一种资源

对于长期的太空任务，许多机构都考虑过在月球上建立某种基地。宇航员和机器人可以从南极基地出发，收集、处理、储存和使用月球上的硫等自然存在的材料 —— 这一概念被称为“原位资源利用”。

就地利用资源意味着更少的返回地球获取供应，更多的时间和精力花在勘探上。利用硫作为资源，宇航员可以制造使用硫的太阳能电池和电池，混合含硫肥料，制造用于建筑的含硫混凝土。

与地球上通常用于建筑工程的混凝土相比，含硫混凝土实际上有几个好处。

首先，硫基混凝土在几小时内硬化并变得坚固，而不是几周，并且更耐磨损。它也不需要水的混合物，所以宇航员可以节省宝贵的水来饮用，制造可呼吸的氧气和制造火箭燃料。

虽然，目前有七项任务正在月球上或月球周围进行，但月球南极地区之前还没有从月球表面进行过研究，因此 Pragyan 的新测量结果将帮助行星科学家了解月球的地质历史。它也将允许更多的月球科学家提出关于月球如何形成和演化的新问题。

目前，印度空间研究组织的科学家们正忙于处理和校准这些数据。在月球表面，月船3号正在冬眠，度过长达两周的月夜，那里的温度将降至零下184华氏度（零下120摄氏度）。

虽然，不能保证月船3号的着陆器部件维克拉姆（Vikram）或 Pragyan 能够在极低的温度下存活，但如果 Pragyan 苏醒，科学家们可以期待更多有价值的测量结果。