科学家制造人工太空土壤

深蓝色的畅想

James Carpenter只需要一些人工月球土壤，这位荷兰诺德韦克市欧空局（ESA）月球探索专家在研究一个钻头，其设计目的是猎取月球上埋藏的冰。他所在团队近日从美国一家商业供应商那里订购了半吨粉末材料模拟月表土壤。但最终呈现的并非该团队期待的结果。“其物理性质的差异用肉眼也可以看到。”Carpenter说。

土壤模拟物

Carpenter的经历突显了人工太空土壤领域一直存在的问题，即如何使土壤模拟物更一致、更可靠。现在，一个新项目正在设法解决这一问题。今年6月，美国宇航局（NASA）在其下属8个研究中心设立了一个科学家团队，以分析现有土壤模拟物的物理特性和可获得性。佛罗里达州一个小行星采矿公司正在制作精确的科学粉末，以代表四类小行星的表面。6月28日，该公司将第二批货物交给了NASA。

奥兰多中佛罗里达大学行星科学家Philip Metzger评价说：“NASA正在尝试征服土壤模拟的‘西大荒’。”

这样的材料旨在模拟覆盖行星和小行星表面的尘埃和碎岩的混合物。工程师可利用这种人工土壤测试空间探索技术如钻探和漫游，并通过将太空尘埃放入3D打印机或是挤压来了解宇航员是否可以制作一些结构。此外，科学家还利用模拟物探索诸如岩石在太空中如何风化等地质过程。

模拟“尘土”

多年以来，空间机构和研究组织一直在设法制作自己的人工土壤，其来源包括火山灰和砂砾混合物、沙子和碎砖块混合物，甚至是玻璃微珠。这导致土壤模拟物疯狂增加，目前单就月球土壤模拟物来说就超过30种。“有很多没有地质学或材料过程学背景的人在创建自己的模拟物。”阿拉巴马州NASA马歇尔太空飞行中心地质学家Jennifer Edmunson说。

但没有一种人工土壤能够重现一个行星表面的所有物理和化学特征。工程师研发的用于驱动着陆器的混合物，可能对研究月球地球化学性质没有一丁点价值。

印第安纳州诺特丹大学月球科学家Clive Neal说，研究人员往往不会关注这些限制。“我们对它可被用于什么以及不能用于什么完全没有鉴定。”他说，“如果你将它用于不正确的事情，最终得到的将是误导性的结果。”

2010年，一个月球科学家委员会建议NASA开发一个数据库，可以让研究人员用来对比不用模拟物的特性，并挑选出最好的模拟出加以使用。但该机构没有资金支持这样的项目。一个新的工作组概括了覆盖所有类型行星体的模仿物仓库需要花费多少资金。“有希望的是，我们有能力建立这样一个仓库。”华盛顿特区NASA太阳系探索研究虚拟研究所副主任Brad Bailey说。

这个仓库将包括由奥兰多小行星矿业公司“深空产业”制造的四类新行星的土壤模拟物。NASA已经为未来两年的研究订购了5吨模拟物。每种模拟物均基于不同种类的陨石——碳质球粒陨石，它们据认为是大块的小行星。

秘密“配方”

为了制作人工小行星尘埃，技术人员混合了各种矿物质，包括来自珠宝供应商的抛光石古铜辉石，并将这些矿物质压缩成块状，然后将其粉碎。该公司研发部主任Stephen Covey说：“我们需要做一些事情，基本上相当于数千个陨石在相当长的时间内撞击一块坚硬岩石的效果。”

深空产业今年3月向NASA交付了首批512公斤的模仿物，并在6月交付了532公斤的第二批模拟物。NASA计划将其用于OSIRIS-REx（抵达小行星采集样本并返回地球的探测器）等任务。

在欧洲，Carpenter和同事仍在猎寻其最喜欢的月球土壤，但他们已经放弃了商业订购。研究人员将需要700吨模拟物用于德国科隆ESA宇航员训练中心一个筹划的月球栖息地，他们正在家门口不远的地方寻找目标，且已经决定碾碎附近埃菲尔地区玄武岩矿山的岩石。