月球土壤的需求:為何眾多太空機構趨之若鶩?

隨著人類計劃在五十年後重返月球,月球土壤變得極為珍貴且需求殷切。過去阿波羅任務所帶回的月球岩石與塵土有限,無法滿足各國太空機構對月球土壤的大量需求。由於地球上僅有少數地區的塵土與月球土壤類似,月球仿製土成為稀有且價值連城的資源。

那麼,究竟該如何尋找這種特殊的土壤呢?英國BBC報導指出,位於大西洋加那利群島東北部的蘭薩羅特島(Lanzarote)上有一個名為「Tao」的小鎮。雖然該鎮靠近塔米亞火山(Tamia volcano),但它並不是著名的旅遊景點,而是容易被人們忽略的地方。

蘭薩羅特島上的「月球土」:重要角色與未來太空探險

然而,近期陶鎮卻迎來了一些特殊的遊客。他們並非來觀賞火山,而是對該地區深灰色土壤產生了濃厚興趣。這種看似平凡的岩石原料在人類重返月球計畫中扮演著重要角色。蘭薩羅特島上的這種土壤,因其與月球土壤相似,成為了各國太空機構爭相追求的資源。在未來的太空探險中,蘭薩羅特島上的月球仿製土將具有舉足輕重的地位。

西班牙一組科學家團隊發現,陶鎮附近採石場的玄武岩,與1971年「阿波羅14號」帶回地球的月球表岩屑(regolith)有著驚人相似之處。他們用它製作了月球仿製土,供美國航太總署(NASA)與各國太空機構測試登月任務的實驗設備。該土壤被稱為LZS-1,是一系列特性不同的仿製土中的最新樣本。

1969年至1972年間,阿波羅任務登陸月球6次,帶回大約380公斤的月岩土壤,因數量有限而被嚴加看管。「它們很珍貴,只用於重要科學研究。」美國NASA詹森太空中心天體材料研究部門科學家John Gruene表示。

但工程師、生物及植物學家,和其他與月球計畫有關的研究團隊,都需要這些物質來測試設備與實驗。它們的物理、化學和礦物特性要吻合月球岩石,目的除了觀察飛行器與太空服等硬體如何耐得住月球環境,還要看看最終是否能用月球土壤種植作物,或作為建築原料打造未來的月球基地。

登月儀器要如何「防塵」?

太空人重返月球的挑戰之一就是防塵。月球表面上大量的粉塵帶有微小靜電荷,特別容易沾黏。這次登陸月球目標常駐,粉塵累積下來恐怕導致太空服與電子儀器故障。John Gruene指出,任何在月球表面行走或挖掘的機械,都會遭遇與地球大不同的塵土環境。「我們(在地球上)有很多風化作用,風和水會使塵土顆粒變圓。但月球上沒有這些,唯一的物理風化是透過撞擊,粉塵顆粒有稜有角。因此,在地球能用的機械在月球上恐無法有效運作。」

對此,NASA工程師正開發新的防塵塗層,但必須先以月球仿製土進行壓力測試。「我們很想用阿波羅的土壤與岩石樣本測試新硬體,但它們數量太少了。」John Gruene說。月球土壤含有大量玻璃成分,因其表面受到大量隕石強烈撞擊,高熱使土壤產生玻璃。在地球上要尋找跟月球相似的塵土,理想地點就在火山附近。

美國亞利桑那州瑪莉安火山口(Merriam crater)南側有著富含玻璃的玄武岩灰,與阿波羅14號從月球帶回的樣品相似。1990年中期,詹森太空中心藉此生產約20噸的JSC-1仿製月球土。2000年後期,美國地質調查局(USGS)則用蒙大拿州斯提爾沃特礦場的斜長岩(anorthosite)與蘇長岩(norite),生產出仿製月球高地土壤的NU-LHT系列。

如今,民營企業走在仿製土生產的最前線。全球最大生產商之一是位於美國佛州的Exolith實驗室,自2017年成立以來,已生產80噸月球和火星仿製土。詹森太空中心用這些土來測試要打入月球岩石中的地質工具、新太空服織物的阻力,以及開發空氣濾淨器,防止月塵汙染太空船與居住地的空氣。

仿製土還被用來測試NASA的毒蛇(Viper)漫遊車,它的用途是在月球南極探尋水源;一些提煉氧氣與金屬的實驗也會用到。這些項目都是在月球永久定居的關鍵,讓太空人能就地取材,省下從地球運輸補給的高額成本。

生產月球仿製土不容易!

生產月球仿製土的流程毫不馬虎。採石後要進行碾磨,以產生有棱有角的顆粒。尺寸大小正確也很重要,粉碎的岩石要通過特定孔徑的篩網過濾。參與陶鎮開發LZS-1仿製土的成員就表示,他們不打算生產太多,目前產量僅2公斤,是專為特定研究製作的高品質材料。

Exolith實驗室創辦人布里特(Daniel Britt)透露,關鍵是一開始就找到對的岩石原料,「有些很容易取得,但像斜長岩這種就相對不常見」。John Gruene則說,不可能產出完美的月球仿製土,「我們甚至連80%的吻合度都做不到」。這是因為火山噴發後出現的岩石也會有水文方面的問題,跟月球土壤相比鈉含量更高。

但如果你確實找到優質的仿製土原料就賺到了:吻合度最高的月球仿製土價格從每公斤45美元到150美元(約台幣1383到4609元)不等。對土壤來說,這樣的價格一點也不差。