嫦娥五號帶回的月壤，發現存在天然石墨烯，或挑戰月球形成假說

月球到底如何形成的，現在主流的一個假設就是大撞擊理論，該理論認爲，在大約44.5億年前，一顆火星大小的天體撞擊了地球，導致岩石被拋射到太空，後來這些岩石聚結成月球。

這個理論最早是在1946年由地質學家雷金納德·戴利提出，隨着對阿波羅任務帶回的月球表面土壤的研究，或多或少都證實了該理論，所以它成了月球形成的主流理論。

這個理論有一個關鍵論據，就是月球輕元素的耗盡，比如氫、碳等在撞擊中已耗盡，當然阿波羅任務帶回的月壤證實了這點，月球這些較輕元素極少。

不過，現在這個理論受到了許多挑戰，越來越多的研究證明月球的土壤中有水（這意味着氫沒有消失），而早前日本的一項研究則揭示了月球土壤中還存在本土的碳。

最近中國的科學家對嫦娥五號帶回的月壤進行光譜分析，證實了月球土壤不僅擁有純碳，而且這些純碳是以石墨烯形式存在的。

嫦娥五號的月壤

在這裡需要先說下，這個是嫦娥五號帶回來的月壤，並不是剛剛返回的嫦娥六號帶回的月背面的土壤。

做研究寫論文的週期還是很長的，嫦娥六號的月壤相關發現，我們應該不會那麼快看到。

嫦娥五號是2020年的任務，這次任務是1976年之後人類第一次從月球取壤返回， 且被證實這是迄今爲止已知最年輕的月球岩石。

嫦娥五號總共帶回了1731克月壤，其中77.7克樣品分發給40家科研機構的114個科研團隊，用於研究，截止目前已經發表了70多項成果。

最近這項研究用拉曼光譜法分析了一塊尺寸大約爲2.9x1.6 毫米的樣本，發現了幾個碳含量較高的點，進一步研究後發現是石墨烯，其厚度爲兩到七層。

這些石墨烯怎麼來的？

碳是一種神奇的元素，碳原子可以以各種形式排列自己，形成不同的同素異形體，我們的鉛筆芯是碳，鑽石也是碳，它們因爲原子排列方式不同，表現出完全不同的性質。

鉛筆芯的碳被稱爲石墨，這種材料碳原子的排列是片層狀的，然後一層層疊加形成一個石墨，這就是爲什麼鉛筆芯那麼容易斷的原因所在。

所謂石墨烯，指的就是石墨的單層結構，其厚度只有一個碳原子，其實我們平時用鉛筆寫字的時候，字跡就是由多層石墨烯疊加的痕跡。

石墨烯天然就存在於大自然，但它都是疊加在一起或者說是以石墨形式存在的，真正的難點在於如何分離出單層結構。

圖：兩位科學家用膠帶從石墨中剝離石墨烯

2004年，英國曼徹斯特大學的兩位科學家——安德烈·蓋姆（Andre Geim）和康斯坦丁·諾沃消洛夫（Konstantin Novoselov）首次從石墨中分離出石墨烯，兩人在2010年因爲這個成就獲得諾貝爾獎。

石墨烯從它被分離出來開始，就被認爲是具有革命性的材料，因爲它有着極爲優異的光學、電學、力學特性。

這次研究的研究人員確認，核殼結構表明月壤樣本中的石墨烯並非從石墨上剝離下來的，相反它很可能是通過一種高溫的過程自下而上合成的。

月球的高溫過程主要就是兩個，一個就是早期的火山活動，還有一個就是隕石的撞擊。

不過，也有另外一種可能，月球表面的碳或者石墨烯都是月球后期捕獲的，星際介子中確實存在碳，而且科學家普遍認爲，這些碳中有約1.9%是以石墨烯的形式存在。

不管是哪種情況，研究人員還確定了一點，那就是一些鐵化合物只存在於碳含量較高的區域，這表明這些化合物可能促進了月球石墨和石墨烯的形成。

這些發現有什麼用？

月球發現石墨烯，很多人可能想到的是可以出發去月球開採這種材料了，其實這個成本比現在直接在地球直接生產要高得多，並不會這麼去做。

不過，這次研究確實可以說明，月球表面存在的碳比想象得要多得多，而不是處於“碳耗盡”的情況，這挑戰了月球起源大撞擊假說。

另外一個重要的地方是，這些發現有助於幫助科學家找到製造石墨烯的新方法，那些鐵化合物可能是月球天然生產石墨烯過程中的催化劑。

石墨烯是一種非常有用的材料，只是受限於它的造價，沒能得到更好的使用。

如果瞭解月球是如何生產石墨烯的，可能可以大大降低石墨烯的生產成本，以及提高生產效率。