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揭开月球的神秘面纱,离不开仪器仪表的帮助

5月26日晚上,超级月亮恰逢月全食,一轮红色的圆月点亮夏夜星空。如果没有月亮,对地球最直接的影响就是潮汐现象的减弱。月亮与潮汐对地球的影响还不止于此,它们还是地球磁场的“守护者”。如果没有月亮,地球磁场会大大减弱甚至消失,太阳风将“吹散”地球大气,高能辐射也将直扑地表,生命将面临灭顶之灾。
 

揭开月球的神秘面纱,离不开仪器仪表的帮助 (图1)

古往今来,我国对月球的探索从未停止。国家天文台已建成月球样品实验室,用来研究月壤,那么想知道哪些科学仪器将担起分析月壤的重任吗?跟着小编的步伐来了解吧~

拉曼光谱仪——矿物鉴定小助手

对于地质样品来说,每一种矿物都有特定的拉曼光谱,它们的波峰很窄且不重叠,这样就利于土壤或岩石样品的矿物鉴定。通过测定岩石和土壤的拉曼光谱,可以准确地鉴定其中的主要矿物、次要矿物及微量矿物,确定它们的组份比例。
  月岩和月壤中的主要矿物为长石、辉石和橄榄石。这些矿物的拉曼光谱波峰狭窄且不重叠,适合于月岩和月壤的矿物组合分析。拉曼光谱仪可以探测岩石样品中的长石矿物,结合其所占的比例,进而估算长石的组成含量,这是其他谱仪所不能做到的。该仪器还可以测试岩石和土壤中水的含量和各种含水矿物,这对寻找月球水资源起到了关键的作用。激光拉曼光谱仪的特点是对样品处理要求很低、不破坏样品、不影响其他探测技术的测试结果。现代激光技术的发展,完全可以制造一个小形、轻量、低能耗的激光拉曼光谱仪,安装在月球车上开展月球表面岩石和土壤的勘探工作。 

电感耦合等离子体质谱仪——无损分析

由于月壤样品获取困难,分析月壤首先考虑的是无损分析方法,例如利用显微镜观察月壤颗粒的表面形态特征,利用光谱分析仪器、X射线分析仪器等对月壤中的矿物和化学组成进行定性和定量分析。此外还需要进行一些有损的化学成分分析,此时需要考虑尽量以更少的样品用量获得更多的有用信息。激光剥蚀电感耦合等离子体质谱技术、显微激光拉曼光谱、纳米离子探针技术等微量分析技术就是很好的选择。
  与传统无机分析技术相比,ICP-MS技术提供了检出限、最宽的可测浓度范围,具有干扰最少、分析精密度高、分析速度快以及可进行多元素同时测定等分析特性。该技术在矿物研究方面的应用有:矿物稀土、稀散以及痕量、超痕量元素分析;铂族元素分析;溴、碘等非金属元素的分析;同位素比值分析;激光剥蚀固体微区分析等。

电子探针、扫描电镜

扫描电子显微镜是用细聚焦的高能电子束轰击试样表面,通过电子与试样相互作用产生的二次电子,背闪射电子信息可对月壤中矿物质进行形貌观察。
  电子探针可以对试样中微小区域(微米级)的化学组成进行定性或定量分析。可以进行点、线扫描(得到层成分分布信息)、面扫描分析(得到成分面分布图像)。还能全自动进行批量(预置9999测试点)定量分析。由于电子探针技术具有操作迅速简便(相对复杂的化学分析方法而言)、实验结果的解释直截了当、分析过程不损坏样品、测量准确度较高等优点,故在冶金、地质、电子材料、生物、医学、考古以及其它领域中得到日益广泛地应用,是矿物测试分析和样品成分分析的重要工具。

结语

在太空探测领域,中国已经实现了较低的成本与丰硕的成果之间的平衡。中国探月的总投入并不大,但却是第三个实现月球软着陆的国家,成绩令人瞩目。对整个国产仪器行业来说,就是将国家的科研投入集中在几个大型仪器企业,培养力量。打破了进口仪器的垄断,中小仪器企业也会得到更多生存的空间。对仪器企业来说,就是将投入集中在关键技术上,先实现一方面的技术突破,形成自身的特色,提升市场竞争力。

资金投入是仪器研发的前提,资金投入越多的确越可能出现好成绩,但并不代表资金不足就没有产出。国产仪器行业面临的资金压力很大,如何在这种情况下实现突破,是国家与整个行业都需要思考的问题。在探月工程中我们已经取得了成功,在仪器行业我们同样也可以。


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