解开月宫之谜

【台湾《中国时报》９月２３日文章】题：嫦娥奔月——我参加了月岩分析工作（作者蔡奋斗）（原编者按：本文作者系航天专家；曾参与１９６９—１９７６阿波罗登月任务中有关月岩分析。
这篇旨在述说作者当年参与研究的过程，进一步解开了“月宫”之谜。）
１９６９年７月２０日，近代嫦娥——美国太空人，登陆月球成功。在首次登月任务中，“阿波罗１１号”的太空人，于７月２４日安全返回地球，带回了２１．７公斤的月岩与沙土。为预防含有病菌，月岩石与沙土先经过为期４０天的检疫隔离期。于同年９月２４日前后，全球约百位主要研究员的实验室，开始分发到月岩石与细沙。
当时我实验室的主要任务是测定月岩与沙土是否含有水份或含氢物质如简单的碳氢化合物或更复杂的有机物。我们当时所用的是最先进的测试固态用的自行设计的核磁共振仪。（是目前被医疗界广泛使用核磁共振影像扫描仪的前身）。因为我们的测试方法，除非破坏性外，可以不和被测物直接有接触。所以我们所试测的岩石沙土，因恐带有来自外星球病菌的感染，均先以试管加于封闭隔离；在试测的过程不得开封或与月岩石有所接触。
从我们实验的结果证实月岩与月沙，除不含水份外，更不带有有机物；当然其他生物与病菌更不可能。月表覆盖着一层细沙
除不含有水份与有机物外，我们又以电子自旋共振仪，测定发现月球表面的沙土与岩石均含有相当成份的小粒圆状形的“纯铁”。这些小颗粒，非结晶形的如不锈钢的铁质是因为来自太阳的带氢粒子（又称太阳风）长年打击月球表面。由于这些小颗粒纯铁，直径很小，约小于２５０万分之一厘米，非当时高解析度电子显微镜所能观测得到的。从我们的研究结果，更进一步的了解月球表面覆盖着一层细沙，细沙的形成是由于太阳风长期吹打月球表面，不断耕耘磨损腐蚀而成。
月球表面细沙其所含纯铁量占其重量约０．５％，纯铁量与太阳风照射的时间成正比。故由纯铁的估量可推算每一细沙在月球表面上面向太阳时间的长短。这对了解每一颗月岩或一粒月沙，在其形成过程所经历的物理与化学状态及环境的变迁均有很大的帮助。传统性测定月岩受太阳风侵蚀时间长短是用破坏性的分析法：把月岩以高温燃烧后由其所释放之来自太阳风稀有气体之含量来测定。以电子自旋共振仪测定纯铁之方法，是非破坏性的测量法，特别适用于月岩石与月沙颗粒之分析，其敏感度与准确性很高。来自月球的小粒细沙重约一千分之一克，其含纯铁量可以非常快速而不经过任何物理或化学处理而测定之。由于此非破坏性的分析法，保全了不少月岩月沙，不必再被烧毁破坏。
月表上所发现因受太阳风吹打还原而成的小颗粒圆形状纯铁，可以说是在大自然中所发现第一件所谓自然形成的非结晶型金属。利用等离子还原的方法来制造非结晶型金属可以说源自月岩石的分析。月球形成理论学说多
在登陆月球之前，有关月球形成，理论学说杂立；大可归纳为三说：养女说、姊妹说与母女说（一般称为分裂说、俘获说、同源说——编者按）。养女说的解释是月球是在与地球不同地方形成的。在太阳系其他地方形成后运行到地球的重力引力场内而被地球永远吸引住。
若此说成立月岩石的成份应与地球岩石成份互不相关。姊妹说的理论是月球与地球是同时、同地、同环境下，从相同的气体与尘埃冷却凝固而成。只是形成地球的熔融岩浆，由于快速的旋转而分裂为二，较小部份成为月球。以此推论，月岩石与地球岩石在成份上应是大同小异。母女说的设想是地球形成在先，所剩余较轻或高挥发性物质凝聚压缩而成月球。如母女说成立、月岩石在理论上应比地球多含低熔点，较轻而高挥发性物质。但从月岩所含物质元素的分析，发现这些形成学说无一可以自圆其说。最新学说——碰撞形成论
与月岩分析结果较不抵触，而且能为大多数科学家所能接受的有关月球形成的新学说是碰撞形成论。碰撞形成论认为月球的形成是由于地球刚形成的早期，被一较火星略大的流星所撞击的结果；撞击后所抛射出来散发物质再凝聚融合成月球。
碰撞论能很合理地解释为什么在太阳系所知有卫星的行星中，月球与地球之间有很高的重量比（１：８３），因为撞击后，来自流星的核心重量留在地球之中。同时也能合理解释月岩分析的结果：月球所含低熔点高挥发性元素如钠、钾、铅、硫、氯等比地球少；相对的高熔点低挥发性元素如铝、钙、镁、钛与稀有金属等比地球多。由于碰撞后所产生的高温，撞击后所抛射出来的散发物质所含高挥发性元素当然相对减少。碰撞论同时也能解释太阳系中很多现象：如金星的自转反其道由东向西（日出于西而落于东）恰与地球及其他行星相反，且自转速度缓慢。又如倾斜度颇高的天王星，几乎是南北二极指向太阳。又密度很高的金星，也是由于形成早期受流星陨石的撞击，很多低熔点物质挥发的结果。我们所知月球演化史
虽然科学家对月球的形成及其渊源尚有争论，但从月岩的分析，至少对月球的形成年代，其成份及演化过程有相当的了解。从月岩的分析，科学家有以下相同的结论：
▲月球与太阳系其他行星、流星、陨石同时，都是在４６亿年前形成的，形成后的月球是一独立卫星，一向与地球分开并存。
▲月球有其独特的物质、元素与化学成份，与太阳或其他所知陨石其所含所谓原始物质成份不同，大体上月球的物质成份与地球所含较为接近，只是低熔点高挥发性物（钾、钠、铋、铅等）比地球含量少，高熔点低挥发性物（钙、铝、钛、铀等）比地球含量多，可见月球的形成与地球有关。
▲目前所知月岩石不含有水份，不含碳氢有机物，更没有生物。
▲月球形成的早期，受流星陨石的撞击频繁，留下很多坑洞。约在３６至３９亿年前期间，并有大量岩浆从内部喷出，盖满了低洼地，被岩浆所覆盖低洼地就是所见月球表面如同阴影般的黑暗部分，阴影部分又称“月海”，如近赤道靠东的静海，是人类首次登陆月球的地点。目前所知３０亿年前至今，月球可以说平静无事，没有丝毫地质上的大变动。
▲月球平均密度（每立方厘米３．３４克）比地球（每立方厘米５．５克）低；也比其他所知太阳系行星（水星、金星、火星）为低。这可能是月球不像其他固体行星，其内部并没有熔融的铁心，故目前不带有磁场。虽然３０亿年前月球可能带有磁场，但目前已消失。
人类登陆月球在科学上唯一的遗憾是，虽然有那么多太空人登陆成功，并带回不少有价值的月岩石，却找不到一块真正古老的、保存着４６亿年前当太阳系形成时所遗留的最原始证据的岩石。