12月17日凌晨，探月工程嫦娥五号返回器成功着陆，标志着我国首次月球采样返回任务圆满完成。
1978年中美正式建交前夕，美国时任总统卡特的安全事务顾问布热津斯基在访问中国时，向中国赠送了1克月球土壤作为“国礼”。我国将这份月壤一分为二，其中0.5克用于试验，还有0.5克收藏在北京天文馆。中国月球探测工程首任首席科学家欧阳自远院士曾回忆，利用这0.5克月岩，当时中国学者花了4个月研究其化学成分、同位素、矿物质、采集地点等，发表了14篇研究文章，研究结果让美国同行信服。不过遗憾的是，2011年，美国国会通过了 ‘沃尔夫条款’，限制美国NASA、国务院科学委员会等官方机构与中国航天往来合作。
美国“国礼”-1克重的月岩标本
人类已经44年没有从月球“挖土”回地球了，此次，嫦娥五号带着2公斤“月球土特产”-“月壤”返回地球，可以说是弥足珍贵。我国科学家会利用这些月球样品进行哪些研究？又有哪些技术可以运用在研究月球样品上呢？请继续阅读……
这些珍贵的月球“土特产”，除了一部分会用于科普和展示之外，重头戏还是会用于科学研究。这些月球“土特产”，可以用来研究些什么呢？
中国科学院国家天文台研究员、探月工程三期副总设计师李春来表示，绝大部分样品会用于科研，在实验室进行长期系统研究，包括其结构构造、物理特性、化学成份、同位素组成、矿物特点和地质演化方面，希望能够深化在月球起源、演化方面的认识。
据科学家研究，月球土壤中富含铁、钙、镁、铈、铼、锌等金属元素以及一些稀土元素，这些元素显然与地球土壤中富含的元素相同，而且月球土壤中甚至富含很多地球土壤里所没有的元素，这让很多科学家感到惊喜，毕竟那些从未见过的元素富含极大潜力，有很大的研究价值。
嫦娥五号着陆采样区域（红星处）
探月工程三期地面应用系统主任设计师周琴：嫦娥五号样品是我国首次进行月面自动采样返回的任务，返回的月球样品十分珍贵，因此我们希望能够全面地对月球样品开展一些科学研究工作，比如说它的各种物理参数、化学成分、矿物组成以及实验室光谱等等。想了解月壤的一些基本特性，然后为我们以后下一步的工程任务，甚至于以后建立月球基地，然后获得一些基本的信息和参考。
在进行样品研究的千级洁净间内，配备了多台充氮密封的实验操作台。操作台内的物性分析测试设备，可以进行物理参数特征的研究。扫描电镜、电子探针、X射线荧光分析仪和各类光谱分析仪器，则可以进行月球样品的化学成分、矿物组成等分析研究。
探月工程三期地面应用系统主任设计师周琴：我们首先考虑的肯定是尽量采用一些无损的分析方法，比如说一些显微镜下的光学特征的观察，还有实验室的光谱测量等等，这些测量都是在一些比较特殊的环境，比如像充满了高纯氮气的环境下进行的分析测试，尽量减少地球环境对于月球样品的影响。除此之外，我们还会做一些有损的化学成分的分析，当然这些分析我们都要进行全面综合的考虑，尽量以最小的样品用量获得更多的有用信息。
嫦娥五号采样区的年轻玄武岩含有较高的钛和铁含量
除了“土特产”，也别忘了它们哦
除了“挖土”本身，嫦娥五号着陆器还携带了降落相机、全景相机、月壤结构探测仪、月球矿物光谱分析仪等多种科学仪器。
左：嫦娥五号全景相机正样（图片来源：中科院）
右：嫦娥五号月球矿物光谱分析仪（图片来源：中科院上海技物所）
虽然这些仪器最重要的使命还是辅助嫦五找到更安全、更有价值的挖土地点，不被坚硬的障碍物磕伤，但这些探测成果传回地球之后，也可以用于分析着陆区一带的月表形貌、矿物成分和浅层地下结构。
简而言之呢，就是这些仪器设备和技术的探测和分析成果形成了科学产出！
太赫兹时域光谱技术作为一种新型检测技术，可以监测到分子弱振动，光谱分辨率高，整合扫描电镜、X射线衍射、包裹体显微镜等技术的优点，可以快速无损地对样品进行表征，对结构相似的物质具有很好的识别能力，在岩石矿物学等方面具有巨大应用潜力。
作为新技术，太赫兹光谱技术比红外光谱具有更高的穿透性，比X射线衍射光谱具有更低的损伤，在电磁波全波段可以弥补红外光谱在超远红外波段的不足。
基于太赫兹波的矿石成分分析系统，通过太赫兹波探头利用太赫兹波成像技术采集的岩层内部结构信息，并将该信息输入给岩性识别模块，通过与预设矿石数据进行比对从而对矿石成分进行分析，方便智能，减少人工操作，为成分检测工作提供便利。
测试样本一：高纯度黑色巴西电气石
电气石THz折射率图谱与吸收系数图谱
选取结晶效果良好的高纯度黑色巴西电气石（热门的天然矿物功能材料）原石作为测试样本，由测量得到的太赫兹时域光谱数据说明：太赫兹时域光谱技术在电气石晶体定向和晶体的鉴定识别方面具有一定的潜力。
测试样本二：涛哥岩体角闪辉长岩
涛哥岩体角闪辉长岩中的金属矿物主要有磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿，以及少量赤铁矿等，金属元素对太赫兹波的吸收较强，因此，可以使用太赫兹时域光谱技术对样品中的铁元素进行快速测量。
样品全铁含量与太赫兹波吸收强度的对比图谱
将11个样品在1.4THz频段的吸收强度变化（上左图）与其使用传统的岩石地球化学分析方法获得全铁元素含量进行对比（上右图），角闪辉长岩对1.4THz太赫兹波的吸收强度，与其他手段测试样品的全铁含量结果具有很好的匹配，匹配的误差，判断为其他金属的元素的干扰。结果表明，太赫兹时域光谱技术在特定岩石矿物的金属元素含量的判定上具有很好的潜力，为野外矿物样品中特定元素的快速判定提供了新的方法，肯定了太赫兹技术在岩石矿物成分分析领域的潜力。
测试样本三：蛋白石
蛋白石是一种二氧化硅的水合物，非晶质结构，没有一定的外形结构，在矿物学中属蛋白石类，是天然的硬化的二氧化硅凝胶体。在蛋白石的研究中，常见的测试分析手段有X射线晶体衍射、傅里叶变换红外光谱、电子探针等方法。
在实际定量分析过程中，为了增加结果的可靠性，傅里叶变换红外光谱法经常与X射线衍射分析法结合使用。傅里叶变换红外光谱测试波段主要集中在近红外、中红外波段，选取傅里叶变换红外光谱作为辅助表征方法，是因为该方法与太赫兹时域光谱具有很好的互补性和对比性。
120℃热处理后的蛋白石样品红外外光谱图
不同温度处理的蛋白石样品的X射线晶体衍射光谱图
不同温度处理的蛋白石样品的太赫兹波吸收系数图谱
通过对不同热处理后的蛋白石进行傅里叶变换红外光谱、X射线衍射光谱以及太赫兹时域光谱测试，对结果进行对比分析表明：太赫兹时域光谱技术可以作为蛋白石原石鉴定、成分分析以及含水形式判定的有效补充，相比传统研究手段，太赫兹时域光谱技术在分子结构变化的测量上具有更加明显的优势。
更年轻的月球样品，不仅可以帮助我们改进月球的“编年史”，还能帮助我们修正整个太阳系的“编年史”。嫦娥五号更年轻的样品，有望帮助我们填补这段撞击历史，了解近30亿年里的撞击事件如何影响地球生命，甚至如何影响太阳系中其他星球上可能诞生的生命。当然，这些宏大的“月球谜题”，是不可能仅仅通过某一次探测或者对某一次样品的研究就轻易获得答案的。探索未知的道路注定充满曲折，我们唯有通过一次又一次的探索，来越来越接近答案。相信下一个五十年，更多关于月球的谜题，会由嫦娥五号和六号的样品解开。
科学技术是第一生产力，探月工程项目的需求推动了相关科技的发展，带动了相关产业的技术发展。作为一种新型检测技术，太赫兹时域光谱技术在地质矿物学中的应用拥有巨大的研究空间和发展前途，在建立地质矿物领域样品的标准太赫兹光谱图库方面，为航空航天领域和今后更多的外星岩石矿物的鉴定识别提供数据上的支持，为各类测试数据提供理论依据。
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