出品：科普中国
制作：林杨挺（中国科学院地质与地球物理研究所）
监制：中国科学院计算机网络信息中心
2019年1月3号，我国嫦娥四号探测器成功着陆月背，成为了人类历史上首个在月球背面软着陆巡视探测的航天器，掀起了月球另一面的神秘面纱。
△图1. 嫦娥四号着陆月面（动图，素材来源见水印）
在记录嫦娥四号着陆过程的视频中，我们可以清楚看到着陆瞬间着陆器正下方被吹跑的尘土（图1）；玉兔二号月球车缓缓从着陆器驶下，开始了在月球背面的巡视探测，在月球背面刻下了第一道醒目的车辙（图2）。
△图2. 玉兔二号倩影和月表上的车辙（图片来源：中国国家航天局）
这条车辙已长达600多米，还在随着玉兔的脚步不断向前延伸。从视频和照片中我们可以看出，月球的表面不是坚硬的岩石，而是覆盖了一层松散的土壤，科学家称之为“月壤”。
月壤是如何形成的？与地球土壤有何不同？我们为什么要费这么大劲去研究月壤，又如何研究月壤呢？
月壤与地球土壤有何不同？
网上有个很有趣的问题，“当年各国收到美国赠送的月壤后，是如何确认月壤真的来自月球的？”
△图3.问题描述（图片来源：知乎）
从嫦娥四号的着陆视频中，大家很难看出月壤与地球土壤的不同，但其实只要对月壤样品进行研究，就会发现它们差别很大。
人类目前拥有的月壤，均来自9次任务。阿波罗登月计划的6次任务，一共从月球正面的6个不同地点采集并带回了382公斤的月球样品，其中约1/3是月壤；苏联的3次月球号任务，也采回了300克左右的月壤样品。
通过对这些样品的研究，科学家们发现，除了粒度都很细小之外，月球与地球上的土壤有很大的差异。
地球上的土壤大家都很熟悉，是一层疏松的物质，是由岩石风化形成的细粒矿物质，添加了有机质和水，含有微生物等。地球上土壤的形成，除了化学、物理作用之外，生物的活动是其最重要的特征。此外，我国西北地区广泛分布的黄土，是一种比较特殊的土壤，主要由风力搬运、沉积形成。黄土逐年堆积，因此还记录了长达200多万年的气候变化历史。
月球没有大气、没有水、更没有生物。那么月壤又是怎样形成的？
由于没有大气，月壤被直接暴露在太阳辐射和微陨石的轰击之下，组成和物理性质发生改变，科学家们将这个过程称为“太空风化”，从而与地球上在大气、水和生物共同作用下的“地表风化”相区别。
月壤的形成过程没有生物活动参与，没有有机质，还极度缺水干燥；组成月壤的矿物粉末基本是由陨石撞击破碎形成，因此，粉末颗粒的锐角十分锋利。
不仅如此，月球没有磁场保护，太阳风（主要由氢离子等组成）会注入到粉尘颗粒表面，将矿物中的二价铁离子还原成纳米金属铁微粒，从而改变其电磁特征、光谱特征（颜色）等。
另外，月球表面经常被陨石以每秒10多公里的速度撞击，巨大的能量会使月表一部分物质熔融，形成玻璃，还有一部分物质气化，再重新凝结，成为月壤组成的一部分。
所以，想用地球土壤“冒充”月壤，几乎是不可能的。
有读者可能会产生疑问，月壤只不过是月球表面的尘土，为什么还要研究它呢？其实，研究月壤不仅对探月非常重要，还能帮助我们了解太阳系、了解地球。
要想探月，必须研究月壤
可以这么说，月壤对于探月工程的实施非常重要。
前面我们提到，月球表面几乎完全被月壤所覆盖。这就意味着，环绕月球轨道上的所有探测器直接探测的对象并非岩石，而是月壤。但是，由于太空风化作用，月壤的物质组成和光谱性质发生了不同程度的改变。很显然，如果不了解这种影响，得到的结果很可能存在偏差。
月壤的特点导致它对探月仪器和宇航员都形成了不小的威胁。开展无人着陆和巡视探测时，从月壤表面扬起的月尘，会覆盖在各种载荷的传感器表面，以及充填在仪器和机械的运动机构缝隙，直接对工程的实施构成安全威胁。
