月球尘土中十二种金属都有什么？

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同位素地球化学，为研究地球和月球的形成提供宝贵信息

一般认为，月球的形成与一个巨大的小行星撞击地球有关，人们将这个过程称为“月球形成大碰撞”。小行星撞击地球的能量很高，导致飞溅出去的物质可能发生了气化，因此这些物质中的挥发性元素逃逸到了浩瀚的宇宙深空之中，脱离了地月体系。

在这个挥发性元素逃逸过程中，对于某一个元素而言，轻的同位素跑得快而重的同位素跑得慢，因此月球的轻同位素比重同位素更容易丢失。地球则不然，虽然也发生了剧烈撞击，但是由于地球质量较大，引力更强，挥发性元素逃逸得更少，基本上保留了被撞击前的同位素组成。因此，同位素地球化学为研究地球和月球的形成提供宝贵的信息。

地球和月球之间的同位素组成有差异

月球和地球类似，都具有硅酸盐的壳和幔以及金属的核。地球化学研究发现，月球的硅酸盐部分（bulk silicate moon, 以下以BSM代称）中挥发性元素（容易气化逃逸的元素）的含量比地球的硅酸盐部分（bulk silicate earth以下以BSE代称）低很多，而且BSM中这些挥发性元素的同位素组成相比于BSE偏重。

如下图所示，横轴代表元素的半凝结温度，温度越低，该元素越容易挥发；纵轴代表BSE和BSM的同位素组成以及差别。可以看到，不同元素的半凝结温度有差别，但是其同位素组成的差别却和半凝结温度不一致，例如铜（Cu）的半凝结温度比钾（K）、镓（Ga）和铷（Rb）高，但是BSM和BSE之间的Cu同位素组成差异比K、Ga和Rb要大。

月球表面一些元素（如钍、铀）本身就有放射性，发出γ射线；另外一些元素（如硅、镁、铝）在宇宙线轰击下会发出γ射线。不同元素发出γ射线的能量有所不同，或者说各种元素都具有特征能量γ射线。

常进说：“如果γ射线谱仪探测到某一元素的特征能量γ射线，就可以证明这种元素的存在。而这种特征能量的γ射线出现的几率越高，该元素的相对含量也越高。通过统计特征能量的γ射线出现的几率，就可以探测元素的相对含量。利用这种方法，就可以探测到月球上的一些主要元素，如：氧、硅、镁、铝、钙、铁、钛、钠、锰、铬、钾、钍、铀及稀土元素等的含量与分布特征。”根据探测的结果，可以绘制各元素的全月球分布图，发现月球表面资源富集区，鉴别新的岩石类型，为月球的开发利用提供有关资源分布的数据，以及对月球地质历史进行深入研究。

γ射线谱仪是如何工作的？

γ射线谱仪由探测晶体、信号采集和放大电路、指令控制和数据传输电路等主要部分组成。其中主探测器和包裹在外的反符合探测器均为大尺寸的碘化铯晶体。来自月球方向的γ射线进入探测器主晶体，产生荧光，经过多次反射后进入光电倍增管转化为电信号。同样道理，来自其他方向，包括卫星材料被高能粒子激发所产生的荧光，也将会被反符合晶体接收并被经过电子学线路处理和剔除。这样，γ射线谱仪就得到纯粹来自月球表面物质γ射线信息。此外，指令控制和数据传输电路将按照地面指令对设备工作状态施行控制并将采集到的数据通过卫星数据传输系统发回地面。

在嫦娥一号卫星环绕月球飞行约一年的工作期间，γ射线谱仪将反复飞经月球各个区域，将飞经每一个区域的探测数据累加和处理，就可以得到该区域内不同元素含量的准确信息。

同样作为探月有效载荷，我国的γ射线谱仪有着自己的特点。常进介绍说，“通俗的讲，我国的γ射线谱仪探测器有效面积大，能量分辨本领高，灵敏度高。我们的γ射线谱仪跟当年美国月球勘探者（1998）比较，探测有效面积要大许多。跟日本月亮女神的γ射线谱仪相比较，它们的能量分辨比我们高很多，但探测器体积较小，有效面积只有我们的1/10，因此在几个兆电子伏以上的高能波段探测方面我们稍占优势。两个仪器的侧重点不同，月亮女神主要研究是否有水，我国的则主要研究全月面元素分布。从γ射线谱仪的工作原理上讲，累计有效探测时间越长，效果就越好。”

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