环球时报2024年10月13日发布:嫦娥五号带回的月壤，发现存在天然石墨烯，或挑战月球形成假说

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月球到底如何形成的，现在主流的一个假设就是大撞击理论，该理论认为，在大约44.5亿年前，一颗火星大小的天体撞击了地球，导致岩石被抛射到太空，后来这些岩石聚结成月球。

这个理论最早是在1946年由地质学家雷金纳德·戴利提出，随着对阿波罗任务带回的月球表面土壤的研究，或多或少都证实了该理论，所以它成了月球形成的主流理论。

这个理论有一个关键论据，就是月球轻元素的耗尽，比如氢、碳等在撞击中已耗尽，当然阿波罗任务带回的月壤证实了这点，月球这些较轻元素极少。

不过，现在这个理论受到了许多挑战，越来越多的研究证明月球的土壤中有水（这意味着氢没有消失），而早前日本的一项研究则揭示了月球土壤中还存在本土的碳。

最近中国的科学家对嫦娥五号带回的月壤进行光谱分析，证实了月球土壤不仅拥有纯碳，而且这些纯碳是以石墨烯形式存在的。

嫦娥五号的月壤

在这里需要先说下，这个是嫦娥五号带回来的月壤，并不是刚刚返回的嫦娥六号带回的月背面的土壤。

做研究写论文的周期还是很长的，嫦娥六号的月壤相关发现，我们应该不会那么快看到。

嫦娥五号是2020年的任务，这次任务是1976年之后人类第一次从月球取壤返回， 且被证实这是迄今为止已知最年轻的月球岩石。

嫦娥五号总共带回了1731克月壤，其中77.7克样品分发给40家科研机构的114个科研团队，用于研究，截止目前已经发表了70多项成果。

最近这项研究用拉曼光谱法分析了一块尺寸大约为2.9x1.6 毫米的样本，发现了几个碳含量较高的点，进一步研究后发现是石墨烯，其厚度为两到七层。

这些石墨烯怎么来的？

碳是一种神奇的元素，碳原子可以以各种形式排列自己，形成不同的同素异形体，我们的铅笔芯是碳，钻石也是碳，它们因为原子排列方式不同，表现出完全不同的性质。

铅笔芯的碳被称为石墨，这种材料碳原子的排列是片层状的，然后一层层叠加形成一个石墨，这就是为什么铅笔芯那么容易断的原因所在。

所谓石墨烯，指的就是石墨的单层结构，其厚度只有一个碳原子，其实我们平时用铅笔写字的时候，字迹就是由多层石墨烯叠加的痕迹。

石墨烯天然就存在于大自然，但它都是叠加在一起或者说是以石墨形式存在的，真正的难点在于如何分离出单层结构。

2004年，英国曼彻斯特大学的两位科学家——安德烈·盖姆（Andre Geim）和康斯坦丁·诺沃消洛夫（Konstantin Novoselov）首次从石墨中分离出石墨烯，两人在2010年因为这个成就获得诺贝尔奖。

石墨烯从它被分离出来开始，就被认为是具有革命性的材料，因为它有着极为优异的光学、电学、力学特性。

这次研究的研究人员确认，核壳结构表明月壤样本中的石墨烯并非从石墨上剥离下来的，相反它很可能是通过一种高温的过程自下而上合成的。

月球的高温过程主要就是两个，一个就是早期的火山活动，还有一个就是陨石的撞击。

不过，也有另外一种可能，月球表面的碳或者石墨烯都是月球后期捕获的，星际介子中确实存在碳，而且科学家普遍认为，这些碳中有约1.9%是以石墨烯的形式存在。

不管是哪种情况，研究人员还确定了一点，那就是一些铁化合物只存在于碳含量较高的区域，这表明这些化合物可能促进了月球石墨和石墨烯的形成。

这些发现有什么用？

月球发现石墨烯，很多人可能想到的是可以出发去月球开采这种材料了，其实这个成本比现在直接在地球直接生产要高得多，并不会这么去做。

不过，这次研究确实可以说明，月球表面存在的碳比想象得要多得多，而不是处于“碳耗尽”的情况，这挑战了月球起源大撞击假说。

另外一个重要的地方是，这些发现有助于帮助科学家找到制造石墨烯的新方法，那些铁化合物可能是月球天然生产石墨烯过程中的催化剂。

石墨烯是一种非常有用的材料，只是受限于它的造价，没能得到更好的使用。

如果了解月球是如何生产石墨烯的，可能可以大大降低石墨烯的生产成本，以及提高生产效率。

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