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換個方式賞月:中國科學家展現嫦娥五號月壤微觀之美

時間:2022-09-11 09:32:04|來源:新華網|點擊量:4881

新華社北京9月10日電(記者喻菲、楊春雪)中國科學家與藝術家合作,在中秋節開啟全新的賞月模式:通過高科技手段,讓人們領略細如粉末的月塵中隱藏的美麗微觀世界。

這是7月7日拍攝的嫦娥五號月壤中的一顆玄武巖碎片的正交偏光顯微照片。(中科院地質與地球物理研究所供圖)

2020年底嫦娥五號完成中國首次地外天體采樣,從月球帶回1731克月壤。中國科學家對嫦娥五號樣品的研究刷新了人類對月球演化的認知。

“去年我們團隊第一次拿到嫦娥五號樣品的那一刻,那種激動和自豪終生難忘。”中科院地質與地球物理研究所研究員楊蔚說。在14億中國人中,他是為數不多可以近距離接觸月壤的人,不僅可以“舉頭望明月”,還可以低頭賞月壤。

“月壤幾乎覆蓋了整個月球表面,它就像是歷史書,月壤中每一粒塵埃都能講述那個星球上曾經發生的故事。但月壤比發絲還細小,不借助先進的顯微設備根本看不清。對絕大多數人而言,月壤是一本天書,看不清也看不懂。”楊蔚說。

這是4月10日拍攝的嫦娥五號月壤中的一顆玻璃珠的橫截面背散射電子圖像。(中科院地質與地球物理研究所供圖)

“去年第一次拿到月球樣品時我們急著獲得新發現,我看到了很多從未見過的現象,卻來不及用最好的方式記錄下來。今年初我們再次申請到月球樣品,我希望能把我看到的月壤用最美的方式記錄下來,我覺得有責任把這美麗的微觀世界、這讀懂天書的喜悅分享給公眾。”楊蔚說。

為此,楊蔚聯合來自中科院計算技術研究所的專家以及中央美術學院的藝術家,利用顯微成像和攝影、圖像融合和處理、三維重建和虛擬現實技術等,從科學和藝術的視角呈現月壤之美。

技術人員用355微米孔徑的篩子,從獲得的月壤樣品中篩出較大的146個顆粒,給每個顆粒編上號;顯微攝影專家把沉重的器材搬到科學家的實驗室;藝術家指導如何在拍照時打光,如何為照片調色;科學家琢磨如何把微小的月塵固定住,營造適合的拍攝環境。

他們給月壤顆粒做了高清CT,根據內部結構為它們分類;又利用景深合成顯微攝影技術,給每個顆粒都拍了高清照片。為了達到展出的效果,每一顆顆粒都要在電子顯微鏡下分別拍幾百張局部照再拼合起來。就這樣從冬天拍到了夏天。

2月20日拍攝的嫦娥五號月壤中一顆直徑只有0.5毫米的玻璃珠的顯微照片,玻璃珠表面映出鏡頭的影像,像只圓圓的眼睛。(中科院地質與地球物理研究所供圖)

在月壤的微觀世界里,楊蔚見到一顆直徑只有0.5毫米的圓圓的玻璃珠,由于它的反光太強非常難拍,玻璃珠的表面映出鏡頭的影像,最后拍出的照片像一只帶著瞳孔的圓眼睛,驚訝地望著這個世界。

那些來自月球的塵埃太小了,一不小心就會在地球的空氣中飛走。楊蔚想了很多辦法將它們固定住,一開始想用膠帶粘,又怕粘性太強之后取不下來,最后使用靜電吸附在盤子上。

楊蔚說,很多月壤的獨特現象他以前只在文獻中讀過,從未親眼見過。比如,與地球土壤不同,月壤里有很大一部分是玻璃。由于地球上有大氣,小隕石會在大氣中燃盡無法落到地面。但在沒有大氣的月球,細小的隕石以高速撞擊月面,在高溫的作用下使得微米尺度的局部發生了熔化,再與其他細小的月壤顆粒粘連成各種奇形怪狀的黏結物。在他拍攝的月塵中就有一粒形態酷似寵物小狗。

2月19日拍攝的嫦娥五號月壤中的一顆黏結物的顯微照片,形態酷似一只寵物小狗。(中科院地質與地球物理研究所供圖)

在一種名為正交偏光顯微圖像中,人們能看到月壤顆粒中礦物形成色彩斑斕的圖案,有花、有蝴蝶、有星星……

“這些色彩是由于光的干涉造成的,這是鑒定礦物的常用方法,盡管現在已經逐步被電鏡技術取代,但它呈現出月壤美麗的一面。”楊蔚說。

在高清CT和顯微攝影的基礎上,計算機專家制作了月壤顆粒的三維重建,又模擬了嫦娥五號著陸區正午時分太陽光強度和角度,呈現出這些月壤顆粒還在月球原地本來的樣子。

9月2日,中科院地質與地球物理研究所研究員楊蔚通過顯微鏡觀察月壤。新華社記者喻菲攝

中科院計算技術研究所副研究員高林說,月壤分析和三維重建是個未知領域,能夠參與探索這一未知領域是令人激動的。“我們對重建的月壤三維模型進行藝術化展示,結合VR/AR技術,讓普通民眾能通過手機或電腦與月壤顆?;?,感受月壤的美麗。”

這些成果10日在中央美術學院揭幕的“閱壤——月壤科研成果主題藝術展”上與世人見面。

展覽策劃創制團隊成員、中央美院教師王沂說,這次展覽中,科學家、藝術家、工程師基于各自所學,集思廣益,共同創制,既有嚴謹的知識性,也有互動的趣味性,更有美感的新體驗。

“這種呈現從視覺上有一種‘盡精微,致廣大’的感受,不足發絲粗細的月壤顆粒竟然蘊含著這么豐富的萬千世界。而透過表象看是它背后蘊藏著藝術與科技融合的無限可能。這次的月壤呈現嘗試將前沿的科學內容借用藝術的思維讓大眾觸手可及,在體驗宇宙奧秘的同時伴隨著對大眾審美感知的培育。”王沂說。

楊蔚說:“科學剛剛誕生的時候,幾乎所有的科學家同時也是藝術家。幾百年后的今天,社會高度分工,科學和藝術分道揚鑣,我們要重新融合科學與藝術。技術支撐了科學與藝術的融合,科學探索啟發藝術創作,藝術想象引領科學研究。”

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  • 責任編輯 / 詹云清

  • 審核 / 朱洵 平筠
  • 終審 / 張凱旋
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