月球土壤，火星土壤，小行星土壤...一帮科学家为何造土忙！
原文以Why planetary scientists want better fake space dirt为标题
发布在2017年7月7日的《自然》新闻上
原文作者：Alexandra Witze
模拟月球、火星和小行星表面的人造土壤很难制造—— 而且往往在使用中效果欠佳
James Carpenter真的很需要一些仿制的月球土壤。位于荷兰诺德维克（Noordwijk）的欧洲航天局（ESA）的月球探测专家Carpenter正在研制一种钻头，用来寻找月球上埋藏的冰。他的团队最近从美国的一家商业供应商购买了半吨粉状材料用来复制月球表面。但是拿到的货品却不是团队想要的。“它的物理性质明显不同，” Carpenter说。
阿波罗15号的一名宇航员于1971年在月球上收集土壤样品。
NASA
他的经历又一次暴露了人造太空土壤（模拟物）长期存在的一个问题：如何用可靠的方法制造人造土，并且使产品的属性保持一致。但是现在人们在做一些新的努力，使该领域趋于标准化。就在上个月，美国航空航天局（NASA）从八个研究中心成立了一支科学家小组来分析现有模拟物的物理性质和可用性。而且，佛罗里达州的一家小行星采矿公司正首次生产用于模拟四类小行星表面的粉末，且这些粉末具有科学上的精准性。该公司于6月28日已将其第二批产品运往美国航天局。
位于美国奥兰多的中佛罗里达大学的行星科学家Philip Metzger说：“NASA正试图征服人造土壤这片蛮荒之地。”
这些材料是为了模拟覆盖行星和小行星表面的粉尘和破碎岩石的混合物。工程师们使用这些人造土壤来测试诸如钻探和探测车之类的太空探索技术，并且来确定宇航员是否可以以太空土为原料用3D打印机或通过压缩方式来制造结构物。科学家们还使用人造土壤来研究某些地质过程，如岩石如何在太空中风化。
泥土的缺陷
多年来，空间机构和研究团体倾向于根据需要从灰尘和砂砾，沙子和碎石，甚至玻璃珠的混合物制造自己的人造土壤。这导致这种土壤的极大泛滥; 仅月球表面模拟物就达30多种。位于阿拉巴马州的NASA马歇尔太空飞行中心的地质学家Jennifer Edmunson说：“有很多没有地质学或材料处理背景的人在制作他们自己的人造土壤。”
但没有哪种人造土壤可以重现一个行星表面的所有物理和化学性质。为工程师制作探测车而研发的混合物很可能完全无法用来研究月球的地质化学性质。
很多研究人员没有注意到这些局限，印第安纳州的圣母大学的一位月球科学家Clive Neal说。 “我们没有任何关于模拟土壤在哪些方面可以使用，在哪些方面不能使用的指导。如果你把它用于错误的地方，你最终得到的结果就会是有误导性的。”
欧洲航天局在其欧洲宇航员中心制造这种月球模拟物。
Courtesy of ESA
2010年，一个月球科学家小组建议NASA建立一个数据库，研究人员可以使用该数据库来比对不同人造土壤的特性，并为每次应用选择最佳的人造土壤。但NASA没有经费来支持这个项目。新的工作组旨在列出要建立一个涵盖所有类型的行星体的人造土壤的数据库所需的花费。NASA太阳能系统勘探研究虚拟研究所副主任Brad Bailey表示：“我希望我们能够建立这个资源库。”
数据库将包括由小行星矿业公司Deep Space Industries的奥兰多办公室制造的四种新型小行星人造土壤。NASA已经为未来两年预订了的五吨该模拟物。每个模拟物都是基于不同类型的碳质球粒陨石，科学家认为它们是一小块小行星。
秘方
为了仿制小行星土壤，技术人员们混合各种矿物质 —— 包括来自被珠宝商用作抛光石的黄铁矿— 将其压成砖块，然后粉碎。该公司研发总监Stephen Covey说：“我们必须模拟在长时间用数以千计的陨石砸向厚重石块的过程。”
Deep Space Industries在三月份向NASA交付了512公斤的第一种模拟物，在六月份又交付了532公斤的第二种模拟物。NASA计划将其用于诸如OSIRIS-REx等任务——OSIRIS-REx是一艘正驶向一颗小行星的航天器，其任务为收集样本并将其带回地球。
在欧洲， Carpenter和同事们仍然在寻找他们心中完美的月球土壤 ——但他们已经放弃从商家订购人造土了。欧洲航天局的研究人员计划在德国科隆的宇航员训练中心建造月球栖息地，因而需要700吨的模拟物。他们决定从埃菲尔（Eifel）地区附近的玄武岩矿中获取岩石并碾磨加工。ⓝ
Nature|doi:10.1038/nature.2017.22228
点击“阅读原文”阅读英文原文
相关文章
版权声明：
本文由施普林格·自然上海办公室负责翻译。中文内容仅供参考，一切内容以英文原版为准。欢迎转发至朋友圈，如需转载，请邮件Chinapress@nature.com。未经授权的翻译是侵权行为，版权方将保留追究法律责任的权利。
© 2017 Macmillan Publishers Limited, part of Springer Nature. All Rights Reserved