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换个方式赏月:中国科学家展现嫦娥五号月壤微观之美

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—2022—
09/11
11:33:36
2022-09-11 11:33:36 来源:新华社 记者 喻菲 杨春雪

  中国科学家与艺术家合作,在中秋节开启全新的赏月模式:通过高科技手段,让人们领略细如粉末的月尘中隐藏的美丽微观世界。

  这是7月7日拍摄的嫦娥五号月壤中的一颗玄武岩碎片的正交偏光显微照片。(中科院地质与地球物理研究所供图)

  2020年底嫦娥五号完成中国首次地外天体采样,从月球带回1731克月壤。中国科学家对嫦娥五号样品的研究刷新了人类对月球演化的认知。

  “去年我们团队第一次拿到嫦娥五号样品的那一刻,那种激动和自豪终生难忘。”中科院地质与地球物理研究所研究员杨蔚说。在14亿中国人中,他是为数不多可以近距离接触月壤的人,不仅可以“举头望明月”,还可以低头赏月壤。

  “月壤几乎覆盖了整个月球表面,它就像是历史书,月壤中每一粒尘埃都能讲述那个星球上曾经发生的故事。但月壤比发丝还细小,不借助先进的显微设备根本看不清。对绝大多数人而言,月壤是一本天书,看不清也看不懂。”杨蔚说。

  这是4月10日拍摄的嫦娥五号月壤中的一颗玻璃珠的横截面背散射电子图像。(中科院地质与地球物理研究所供图)

  “去年第一次拿到月球样品时我们急着获得新发现,我看到了很多从未见过的现象,却来不及用最好的方式记录下来。今年初我们再次申请到月球样品,我希望能把我看到的月壤用最美的方式记录下来,我觉得有责任把这美丽的微观世界、这读懂天书的喜悦分享给公众。”杨蔚说。

  为此,杨蔚联合来自中科院计算技术研究所的专家以及中央美术学院的艺术家,利用显微成像和摄影、图像融合和处理、三维重建和虚拟现实技术等,从科学和艺术的视角呈现月壤之美。

  技术人员用355微米孔径的筛子,从获得的月壤样品中筛出较大的146个颗粒,给每个颗粒编上号;显微摄影专家把沉重的器材搬到科学家的实验室;艺术家指导如何在拍照时打光,如何为照片调色;科学家琢磨如何把微小的月尘固定住,营造适合的拍摄环境。

  他们给月壤颗粒做了高清CT,根据内部结构为它们分类;又利用景深合成显微摄影技术,给每个颗粒都拍了高清照片。为了达到展出的效果,每一颗颗粒都要在电子显微镜下分别拍几百张局部照再拼合起来。就这样从冬天拍到了夏天。

  2月20日拍摄的嫦娥五号月壤中一颗直径只有0.5毫米的玻璃珠的显微照片,玻璃珠表面映出镜头的影像,像只圆圆的眼睛。(中科院地质与地球物理研究所供图)

  在月壤的微观世界里,杨蔚见到一颗直径只有0.5毫米的圆圆的玻璃珠,由于它的反光太强非常难拍,玻璃珠的表面映出镜头的影像,最后拍出的照片像一只带着瞳孔的圆眼睛,惊讶地望着这个世界。

  那些来自月球的尘埃太小了,一不小心就会在地球的空气中飞走。杨蔚想了很多办法将它们固定住,一开始想用胶带粘,又怕粘性太强之后取不下来,最后使用静电吸附在盘子上。

  杨蔚说,很多月壤的独特现象他以前只在文献中读过,从未亲眼见过。比如,与地球土壤不同,月壤里有很大一部分是玻璃。由于地球上有大气,小陨石会在大气中燃尽无法落到地面。但在没有大气的月球,细小的陨石以高速撞击月面,在高温的作用下使得微米尺度的局部发生了熔化,再与其他细小的月壤颗粒粘连成各种奇形怪状的黏结物。在他拍摄的月尘中就有一粒形态酷似宠物小狗。

  2月19日拍摄的嫦娥五号月壤中的一颗黏结物的显微照片,形态酷似一只宠物小狗。(中科院地质与地球物理研究所供图)

  在一种名为正交偏光显微图像中,人们能看到月壤颗粒中矿物形成色彩斑斓的图案,有花、有蝴蝶、有星星……

  “这些色彩是由于光的干涉造成的,这是鉴定矿物的常用方法,尽管现在已经逐步被电镜技术取代,但它呈现出月壤美丽的一面。”杨蔚说。

  在高清CT和显微摄影的基础上,计算机专家制作了月壤颗粒的三维重建,又模拟了嫦娥五号着陆区正午时分太阳光强度和角度,呈现出这些月壤颗粒还在月球原地本来的样子。

  9月2日,中科院地质与地球物理研究所研究员杨蔚通过显微镜观察月壤。新华社记者喻菲摄

  中科院计算技术研究所副研究员高林说,月壤分析和三维重建是个未知领域,能够参与探索这一未知领域是令人激动的。“我们对重建的月壤三维模型进行艺术化展示,结合VR/AR技术,让普通民众能通过手机或电脑与月壤颗粒互动,感受月壤的美丽。”

  这些成果10日在中央美术学院揭幕的“阅壤——月壤科研成果主题艺术展”上与世人见面。

  展览策划创制团队成员、中央美院教师王沂说,这次展览中,科学家、艺术家、工程师基于各自所学,集思广益,共同创制,既有严谨的知识性,也有互动的趣味性,更有美感的新体验。

  “这种呈现从视觉上有一种‘尽精微,致广大’的感受,不足发丝粗细的月壤颗粒竟然蕴含着这么丰富的万千世界。而透过表象看是它背后蕴藏着艺术与科技融合的无限可能。这次的月壤呈现尝试将前沿的科学内容借用艺术的思维让大众触手可及,在体验宇宙奥秘的同时伴随着对大众审美感知的培育。”王沂说。

  杨蔚说:“科学刚刚诞生的时候,几乎所有的科学家同时也是艺术家。几百年后的今天,社会高度分工,科学和艺术分道扬镳,我们要重新融合科学与艺术。技术支撑了科学与艺术的融合,科学探索启发艺术创作,艺术想象引领科学研究。”

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标签:嫦娥;玻璃;艺术;拍摄;显微照片;三维责任编辑:李心怡
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