原文刊载于2025年第4期“智库观点”

刘嘉麒

中国科学院地质与地球物理研究所

中国探月工程虽较苏联、美国起步晚，但中国却是第1个既在月球正面也在背面有探测器着陆并取回样品的国家。近年来，中国在航天技术方面有许多重大突破，科学研究方面取得许多重要成果，把月球的生命延续了约10亿年。

2024年6月25日14时07分，嫦娥六号返回器准确着陆于内蒙古自治区四子王旗的预定区域，现实一切工作正常，标志着探月工程嫦娥六号任务取得圆满成功。习近平总书记代表党中央、国务院和中央军委致电祝贺探月工程嫦娥六号任务取得圆满成功，“嫦娥六号在人类历史上首次实现月球背面采样返回，是我国建设航天强国、科技强国取得的又一标志性成果”“要求你们乘势而上，精心开展月球样品科学研究，接续实施好深空探测等航天重大工程，加强国际交流合作，向着航天强国目标勇毅前行，为探索宇宙奥秘、增进人类福祉再立新功，为以中国式现代化全面推进强国建设、民族复兴伟业作出新贡献！”

探索宇宙从地球出发，从月球入手。探月工程是民族复兴伟业的重要体现，是向宇宙进军的重要一步。

一、月球与地球是孪生兄弟

月球是地球的唯一卫星，与地球成孪生兄弟，其年龄只比地球小一点，地球是45.5亿年，月球为44.6亿年。月球的结构也同地球相似，有壳、幔、核的分层结构，最外层的月壳平均厚度为60.0—64.7km；月壳下面是月幔，深约1000km，占了月球的大部分体积，月幔下面是月核。月球的体积比地球小得多，其直径约为3476km，是地球平均直径的1/4；质量为7.342×1022kg，是地球的1/81；引力是地球的1/6。月球形成的早期有磁场，后来却突然消失了。现在，月球周围的磁场强度不及地球磁场强度的1/1000，即月球几乎不存在磁场。

月球表面有明亮的区域，亮区是高地，被称为月陆；月球也有阴暗的部分，暗区是平原、盆地等低陷地带，被称为月海。已确定的月海有22个，所有月海都是干涸的。实际上，许多月海是火山口或熔岩被。由于月球的引力小，对岩浆流动的阻力小，当火山喷发时，有利于岩浆畅流而形成广阔的岩浆海洋，岩浆冷凝后便形成熔岩平原或盆地，影像似海，其实不是海。月球上没有板块构造，多数火山出现在巨大古老的冲击坑底部，所以，在月球上很难见到大型火山锥。

月球没有大气的保护，昼夜温差很大，白天最高达127℃，夜间最低达–183℃，有些陨石坑或低洼地甚至可达—272℃，是已知太阳系中最冷的地方。

地球到月球的距离平均值为38.44 ×104km，相当于地球到太阳的1/400，所以从地球上看，太阳和月亮几乎一样大。而由于潮汐锁定，月球的自转与公转同步，致使月球始终以同一面朝向着地球。

月球与地球虽然是孪生兄弟，却有着截然不同的环境。最大的区别是地球上有生物、有人类，月球则没有。探索月球的一个重要目的，就是看看月球上有没有生物？有没有适于人类生存的环境？在未发现生物之前，看看有没有水？若没有水，再找找有没有沉积岩，若连沉积岩都没有，就表明以前也没有水；月球一直没有生物，也就很难适于人类生存。

月球犹如地球的一面镜子，通过了解月球的形成演化和自然环境，可以推测地球的发展趋势，预测人类的未来。月球与地球既相近又相似，在宇宙中几乎处于相同的位置，却有着截然不同的环境和特征，是什么原因造成的？一个卫星与主星（行星）就有如此大的区别，与其他星系的区别可能更大。显然，宇宙的奥秘无穷无尽。

二、月球是探索宇宙的热点和窗口

月球与地球同属太阳系，是宇宙星系的一员、一个质点。在数以亿计宇宙星系中，唯有地球是迄今探知有生命、有人类的星球。为什么地球上有生命而其他星球没有？地球有别于其他星球，但不是孤立存在的；它和其他星球相互作用、相互影响，受什么机制掌控？于是，宇宙是什么样？地球是怎样形成的？生物是怎样诞生的？人类从何处来到何处去？……一系列问题迎刃而生，探索这些问题永无止境。

向宇宙进军的各国，诸如苏联、美国、中国、印度、日本等都把月球作为“桥头堡”，然后再向火星、木星及其他行星进发。月球是目前唯一有多国着陆点的星球。在那里可以获得许多空间信息和探索其他星球的经验。

1959年9月14日，苏联“月球2号”探测器撞击月球，是首个登陆月球的探测器。“月球9号”于1966年2月3日实现了世界上第1颗月球探测器软着陆，后来通过“月球16号”“月球20号”“月球24号”探测器分别于1970年、1972年和1976年3次分别采取101g、55g、170g，共326g月球样品。

美国探月虽较苏联晚，但第1次就实现了载人登月，美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗和巴兹·奥尔德林成了最早登陆月球的人类。1969年7月20日，他们乘坐美国“阿波罗11号”在月面“静海”的一角成功登陆月球。1969—1972年，美国“阿波罗11号”“阿波罗12号”“阿波罗14号”“阿波罗15号”“阿波罗16号”和“阿波罗17号”相继6次实现载人登月并开展科学考察；共有12名美国宇航员登上月球，埋设长期探测月球的科学仪器，采集月球样品；共带回地球381.7kg月球样品，其中岩石样本约268kg，土样本约114kg。

2020年12月17日，中国嫦娥五号探测器从月球表面采回1731g样品，从而使中国成为继苏联、美国之后，第3个有探测器在月球着陆并取回样品的国家。

2023年7月14日，印度“月船3号”月球探测器发射，2023年8月23日，印度“月船3号”成功着陆在月球表面。印度成为世界上第4个成功着陆月球的国家，也是首个在月球南极附近登陆的国家。

2023年9月，日本无人登月探测器“SLIM探测器”从鹿儿岛县种子岛宇宙中心搭乘一枚H2A火箭升空，同年12月进入月球轨道，2024年1月19日开始下降高度并于20日凌晨着陆月球。这是日本首次，也是继苏联、美国、中国、印度之后世界上第5个实现登月的国家。

印度和日本虽有探测器在月球登陆，但都没采集样品。

为了探月和从月球表面获取样品，中国航天部门付出了巨大努力。2004年1月23日，中国探月工程正式立项，并被命名为“嫦娥工程”，中国人开启了对月球的真正探索。2007年，嫦娥一号成功发射，是我国迈出了探月工程“绕”的第一步。时隔3年，嫦娥二号发射成功，在环绕月球之后，于2011年进入日地拉格朗日L2点环绕飞行，期间还飞越图塔蒂斯小行星，刷新了当时中国航天器最远飞行纪录。2013年，嫦娥三号带着“玉兔号”月球车，成功软着陆月球，在月球表面工作时间最长的世界纪录也是这次创造的。2018年，嫦娥四号发射升空，于2019年1月3日在月球背面软着陆，实现了人类探测器首次在月球背面软着陆。

嫦娥一号、嫦娥二号、嫦娥三号、嫦娥四号任务为嫦娥五号探测器在哪里着陆、在哪里采样进行了充分准备。2020年11月24日，中国在文昌航天发射场，用长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程嫦娥五号探测器，顺利将探测器送入预定轨道，并于12月1日降落在月球风暴洋北部一座年轻的火山“蒙斯·鲁姆克”旁边；该火山直径达65km，火山岩覆盖了非常广阔的区域，为采样提供了条件。采样分2种形式——直接铲取土样、钻取岩石样品。

嫦娥五号实现了从发射、绕行、着陆、自动取样、封装、直接起飞到返回地球的全过程，2020年12月17日，嫦娥五号返回器携带着月球样品成功返回地球，这是人类时隔44年再次取回新的月球样品。习近平总书记当天发来贺电，“嫦娥五号任务作为我国复杂度最高、技术跨度最大的航天系统工程，首次实现了我国地外天体采样返回”“这是发挥新型举国体制优势攻坚克难取得的又一重大成就，标志着中国航天向前迈出的一大步，将为深化人类对月球成因和太阳系演化历史的科学认知作出贡献。”

继嫦娥五号之后，嫦娥六号探测器搭载着欧洲航天局（ESA）的月表负离子分析仪、法国的氡气探测仪、意大利的激光角反射器、巴基斯坦研发的卫星“立方星”，于2024年5月3日发射入轨，6月25日载样返回。期间，嫦娥六号经历了地月转移、近月制动、环月飞行、着陆下降、月背起飞等过程。由鹊桥二号中继星支持着陆器和上升器组合体，于2024年6月2日6时23分，成功着陆在月球背面南极—艾特肯盆地，进行了约2天的采样工作。期间，取样工作通过2种方式（钻取和机械臂表取）开展，共采集月球样品1935.3g；还对月球背面着陆区进行了现场调查分析。嫦娥六号任务是中国航天史上迄今技术水平最高的月球探测任务，其实现了三大技术突破——月球逆行轨道设计与控制技术、月背智能采样技术、月背起飞上升技术；实现了世界首次月球背面自动采样返回，再次创造了中国航天的世界纪录，将为月球正反面的差异性原因及月球的形成历史提供更新的认识。

三、月球样品贵千金

嫦娥五号、嫦娥六号分别从月球正面和背面采回样品1791.0g和1935.3g，合计3666.3g。这些样品不仅为我国研究月球提供了珍贵物质材料，也受到国际社会的高度重视，就连登过月且拥有月球样品的美国，也向中国提出申请，希望能得到我国采集的月球样品。可见，我国采集的月球样品的重要性和宝贵性。

人类对地外天体的认识大体可以分为天文观测、遥感/就位探测、采样返回3个阶段。通俗地说，就是远距离看、近距离看、带回来看。着陆可以直接观测月球表面的地貌、地质、气候、环境，并了解它们之间的相互关系和相互影响。采集样品更为重要，尤其是我国选择的采样地点具有重要意义和代表性，样品十分珍贵，那是真正的天外物质，是了解研究月球物质组成、形成演化的真凭实据。

通常，探索自然奥秘要把握5个要素——时间、空间、物质、结构、成因。其中，物质是核心、是基础，且必须直接获取。通过物质测试分析，才能准确地了解物体的物质组成、结构特征、形成时间、演化过程等重要信息。

采回的月球样品可以说1克值千金。1993年苏富比拍卖行曾以44万美元的价格拍卖过苏联无人探测器采集的0.2g月球土样。当然，嫦娥五号探月飞行不只是单纯取样，还获得许多其他信息，仅科学探测数据就达131.5GB。

实际上，月球样品的价值不能用金钱来衡量，它的科学价值远远超过它的金钱价值，是无价之宝！通过月球样品，可以了解月球的形成和组成，判定月球的生命，推断宇宙中星球的相互作用等，许多问题都要通过物质分析来解决。

美国宇航员1972年12月在“阿波罗17号”任务中，从月球上带回来的月岩样品，和中国嫦娥五号2020年12月采回的样品相比，尽管采样的时间、地点、数量不同，但经过鉴定分析，这些样品的形成矿物主要有辉石和斜长石，富含铁和镁，大都属于玄武岩。可见玄武岩在月球上分布之广，据推测月球表面约有18.1%被玄武岩覆盖。玄武岩是火山喷发的产物，是分布最广的一种火山岩，在地球、月球、火星等星球上都有广泛分布，表明这些星球都曾发生过强烈的火山活动。火山活动是星球的灵魂，是星球有生命力的象征。通过测定火山岩的年龄，可以确定火山活动的时间，研究人员由美国样品推算出的年龄是31亿年，由中国嫦娥五号样品推算出的年龄是20.3亿年和19.6亿年，表明月球上火山活动发生的时间都很久远，按照美国样品推算出的年龄，月球在30多亿年前就停止了火山活动，进入死亡状态；而中国嫦娥五号样品推算出的月球年龄比美国的年轻了约10亿年，等于月球的生命延长了10亿年。

嫦娥六号从月球背面采集的样品中也含有玄武岩，经测定其年龄为28亿年，表明月球早期的火山活动无论在正面还是背面都很活跃。总的来说，月球玄武岩样品的年龄都比较古老，没有任何新近的火山活动迹象；不像地球，至今还有频繁的火山喷发，彰显了地球的年轻与活力。

月球和地球几乎同时形成，为什么月球上的火山活动很早就停止了？而地球上的火山活动仍很活跃？火山活动对生态环境会产生怎样的影响？通过对月球样品分析，还取得了许多重要成果。

中国学者准确测定了月球样品中40多种元素的含量。通过精确测定，研究发现嫦娥五号月球样品中所含有的化学元素与地球样品中所含有的化学元素存在很大差异。月球样品中含有高比例的钛和铁，测定计算后，发现仅月面表层5cm厚的沙土就含有上亿吨铁；月球样品中还含有丰富的氦-3，如果能将月球中的氦-3元素提取出来，可作为核电站的能源材料。此外，中国学者首次发现了月球样品中存在磷酸盐质的新矿物，并命名“嫦娥石”。此前，人类在月球发现了5种新矿物，“嫦娥石”是人类在月球上发现的第6种新矿物。

水资源的核心是能否发现自然水。研究还发现，太阳风成因水可在月表中、高纬度地区得到较好保存。根据估算，太阳风质子注入月壤的水含量不低于179mg/kg，通过换算可得，即每吨月壤中含有不低于170g的水。月球高纬度区域可能含有大量具有利用价值的水资源。

这些研究成果为探索月球的秘密和未来的资源利用提供了重要线索。进一步工作需要搞清这些资源的赋存状态、分布规律和获取方法。

四、向宇宙进军

随着人类社会的发展、科学技术的进步，各国特别是大国对海洋、极地、宇宙的争夺会越来越激烈。2025年，各国的登月活动都在跃跃欲试：美国“直觉公司”将向月球南极发射一个带仪器的着陆器，对月球表面物质进行分析；日本东京“太空公司”将启动“月球冒险”任务，向月球发射一个着陆器和一个微型探测车；俄罗斯将完成“月球-25号”探测器在月球南极软着陆，“月球-26号”探测器绕月探测和“月球-27号”探测器在月球南极着陆巡视等任务等。

各国竞争的目的无非是占有科学先机，了解那里的自然环境，赢得空间信息、资源禀赋等，占有制空权，在信息时代占有主动权。空间探索是大科学、大工程。它把当今最先进的科学技术融合在一起，是科学技术最高水平的体现，同时又能促进科学技术向着新的更高的目标发展。

宇宙没有尽头，科学探索没有止境。我国在空间探索、极地探索等方面近年来发展很快，取得了不少成就，但还有很长的路要走，很多事情要做。愿我们继续向月球进军，向宇宙进军，直到在月球上留下中国人的足迹，在其他星球上展现五星红旗。

作者简介

刘嘉麒 中国科学院院士。中国科学院地质与地球物理研究所研究员。主要从事火山地质学与第四纪地质环境学，以及玄武岩纤维材料研究。

文章来源

刘嘉麒. 月球探测的意义与思考. , 2025, 40(4): 742-747.

DOI: 10.16418/j.issn.1000-3045.20250209003.

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