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嫦娥五號年內(nèi)升空 我們?yōu)槭裁匆ピ铝辽稀巴谕痢保?

2020年07月20日 13:56 | 來源:科技日報(bào)
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為了紀(jì)念人類首次成功登月,每年7月20日被定為人類月球日。而時(shí)隔半個(gè)世紀(jì),中國也要采集月壤了——

近日,隨著火星探測窗口期臨近,各國探火項(xiàng)目都已蓄勢待發(fā)。事實(shí)上,人類對于深空的探索熱情從沒有減弱過,無論是對火星,還是距離我們最近的天體——月球。

1969年7月20日20時(shí)17分43秒,阿波羅11號飛船降落在月球靜海地區(qū)。美國宇航員阿姆斯特朗在月球表面踩下了深深的印記,這是人類首次成功登月。為了紀(jì)念這個(gè)激動(dòng)人心的時(shí)刻,每年7月20日被定為人類月球日。

不過,阿波羅計(jì)劃在科學(xué)領(lǐng)域最大的貢獻(xiàn)并非阿姆斯特朗的腳印,而是帶回了來自月球的巖石。從1969年到1972年,美國共完成6次載人登月,共帶回約382公斤月球樣品,獲取了大量科學(xué)成果。

時(shí)隔半個(gè)世紀(jì),中國終于也要采集月壤了。按照計(jì)劃,我國將于2020年10月底發(fā)射嫦娥五號探測器,通過鏟取、鉆取兩種方式,采集月球樣品并帶回地球。

我們?yōu)槭裁匆f里迢迢去月亮上“挖土”?這些樣品能發(fā)揮什么作用?今天,我們一起去探尋。

不僅僅帶來月球新認(rèn)識

幾十年前,隨著美國、蘇聯(lián)相繼從月球獲取樣本,幾千年來人們只能仰望、猜測的月球,被拉到了科學(xué)家的顯微鏡下,其神秘面紗被層層揭開。

除了認(rèn)識月球,對這些樣品的研究,還幫助科學(xué)家確立了現(xiàn)代行星科學(xué),為認(rèn)識各類行星的地質(zhì)演化過程提供了參考。

美國史密森尼國家自然歷史博物館地質(zhì)學(xué)家埃里克·賈文曾撰文表示,來自月球的巖石徹底改變了我們對月球表面性質(zhì)、月球起源以及太陽系演化三大問題的認(rèn)識。

例如,行星化學(xué)家分析了月球樣本中的同位素組成,發(fā)現(xiàn)這些巖石大多比地球巖石更古老,年齡多在30億到45億年之間。隨后他們建立了一套模型,以此可以估算月球上任何位置的年齡。

中國科學(xué)院國家天文臺研究員鄭永春認(rèn)為,月壤是從月球固體巖石圈到太陽系空間的過渡帶,包含著相關(guān)區(qū)域的大量信息。對月壤的研究不僅涉及月球本身,而且還包含太陽系空間物質(zhì)和能量的重要信息。其中包括太陽系早期演化的歷史記錄、月巖和月壤的宇宙線暴露與輻照歷史、月球中揮發(fā)分的脫氣歷史、太陽風(fēng)的組成、太陽表層的成分特征、小天體和微隕石撞擊月球的歷史記錄等。

美國國家航空航天局(NASA)阿波羅計(jì)劃的樣品負(fù)責(zé)人瑞安·齊格勒曾透露,幾十年間,NASA收到了3000多份研究特殊月球樣品的申請,來自十多個(gè)國家的500多名科學(xué)家提出了申請。NASA共向外發(fā)放5萬多份月球樣品,供天文學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)、工程學(xué)、材料科學(xué)、醫(yī)學(xué)、地質(zhì)學(xué)等不同領(lǐng)域的科學(xué)家進(jìn)行研究。

1978年,時(shí)任美國國家安全事務(wù)顧問布熱津斯基訪華時(shí),向中國贈(zèng)送了1克月球樣品。這塊要用放大鏡才能看清楚的石頭被分成兩半,一半收藏在北京天文館,一半由中國月球探測工程首席科學(xué)家歐陽自遠(yuǎn)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行研究?!拔覀儼阉鞘裁?,它的年齡是多少,它包含哪些東西,全弄清楚了?!睔W陽自遠(yuǎn)說,科研人員不僅判斷出該樣本是在阿波羅17號任務(wù)中采集的,確認(rèn)了采集地點(diǎn),甚至還分析出石頭所在地區(qū)是否有陽光照射。根據(jù)對這塊石頭的研究,他們共發(fā)表了40篇文章。

除了科學(xué)成果,研究月球巖石對開發(fā)月球資源同樣意義重大。全國空間探測技術(shù)首席科學(xué)傳播專家龐之浩介紹,研究月球樣品的重要成果之一,就是發(fā)現(xiàn)其中含有氦-3,這讓科學(xué)家極為興奮。

氦-3是世界公認(rèn)高效、清潔、安全的核聚變發(fā)電燃料。據(jù)計(jì)算,100噸氦-3所能創(chuàng)造的能源,相當(dāng)于全世界一年消耗的能源總量。氦-3在地球上的蘊(yùn)藏量極少,全球已知且容易取用的只有500公斤左右,而早期探測結(jié)果表明,月球淺層的氦-3含量多達(dá)上百萬噸,足夠解決人類的能源之憂。實(shí)際上,隨著人類對月球認(rèn)識的加深,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)月球氦-3的總儲(chǔ)量很可能更多。

中國月球采樣不“燒錢”

雖然月球樣品為人類帶來了重要的科研成果,但在阿波羅計(jì)劃中,獲取樣品所要付出的代價(jià)也十分驚人。有人計(jì)算,美國從月球拿回來的382公斤樣品,花費(fèi)的成本相當(dāng)于同等重量鉆石的30多倍。

這并不奇怪,因?yàn)榘⒉_計(jì)劃原本就是個(gè)很燒錢的項(xiàng)目?!爱?dāng)時(shí)有一種說法:每發(fā)射一艘用于登月的土星五號重型火箭,相當(dāng)于燒掉一艘航空母艦?!敝袊教炜乒ぜ瘓F(tuán)第二研究院研究員楊宇光說。

龐之浩介紹,一枚土星五號重型火箭造價(jià)高達(dá)5億美元,一艘阿波羅登月飛船比等重黃金貴十多倍。阿波羅計(jì)劃歷時(shí)11年,耗資255億美元,為實(shí)施該計(jì)劃,NASA每年預(yù)算占到美國政府總預(yù)算的4.5%左右。

而且,阿波羅計(jì)劃的主要目的是把宇航員送上月球,采集樣品只是航天員的“作業(yè)”之一。龐之浩認(rèn)為,由宇航員開展采樣任務(wù),具有較強(qiáng)的靈活性,可以有的放矢。同時(shí)宇航員可以進(jìn)行移動(dòng)式探測,尤其是從阿波羅15號任務(wù)開始搭載的月球車,其時(shí)速可達(dá)10公里左右,能使宇航員的活動(dòng)范圍大大增加。不過,載人任務(wù)不僅成本高,技術(shù)復(fù)雜程度也大幅增加。雖然美國人半個(gè)世紀(jì)前就能將宇航員送上月球,令人欽佩,但楊宇光認(rèn)為阿波羅工程技術(shù)途徑比較冒進(jìn),一些設(shè)備冗余做得很少,從安全性角度來看十分冒險(xiǎn)。

我國即將實(shí)施的嫦娥五號任務(wù),則是圍繞月球采樣返回的主要目標(biāo)打造的無人探測任務(wù)。龐之浩表示,中國探月工程一直循序漸進(jìn),從無人到載人的發(fā)展比較科學(xué),成本也低得多。不過嫦娥五號探測器著陸后只能在原地開展作業(yè)。

據(jù)國家航天局探月與航天工程中心主任劉繼忠此前透露,嫦娥五號探測器的著陸地點(diǎn)為月球正面西北部的呂姆克山脈。歐陽自遠(yuǎn)曾介紹,我國選擇的著陸點(diǎn)距離阿波羅計(jì)劃著陸點(diǎn)有上千公里距離,將會(huì)迎來新的現(xiàn)象、新的發(fā)現(xiàn)。

將是人類在太空的“哨所”

自1959年蘇聯(lián)發(fā)射“月球一號”拉開人類探月序幕至今,人類共發(fā)射130多個(gè)月球探測器,以環(huán)繞、著陸巡視,甚至是撞擊等方式對月球進(jìn)行探測。

上世紀(jì)70年代中期,美蘇冷戰(zhàn)形勢逐漸緩和。蘇聯(lián)退出了載人登月競爭,美國也從狂熱中冷卻,停止了代價(jià)不菲的登月活動(dòng)。此后近20年間,全世界進(jìn)入了深入研究探月意義的冷靜思考階段。

這段時(shí)期,各國普遍認(rèn)識到探月活動(dòng)具有政治、社會(huì)、技術(shù)、科學(xué)和經(jīng)濟(jì)等多方面意義。因而此后人類的探月活動(dòng)方向,也由不惜代價(jià)服務(wù)于政治目的,轉(zhuǎn)變?yōu)閷⒖茖W(xué)探索和經(jīng)濟(jì)利益相結(jié)合,最終的目的是合理開發(fā)月球資源。

1994年1月25日,美國發(fā)射了克萊門汀探測器,獲得了當(dāng)時(shí)最詳細(xì)的月球表面圖像,并發(fā)現(xiàn)月球南極可能存在大量水冰。這次任務(wù)也宣告了全球第二次探月熱潮到來。

未來,月球或?qū)⒊蔀槿祟愒谔罩械摹吧谒?。龐之浩說,繼登月之后,“駐月”將成人類下一階段的目標(biāo)。從月球上開采的水資源可用于宇航員生活,也可以分解成氫氧,制成航天器所需的氫氧燃料。在月球兩極的永久光照區(qū),可以建設(shè)太陽能電站提供資源。在月球背面可以建設(shè)科研站,避開地球無線電干擾遙望星空。前文提及的氦-3,或許在一段時(shí)期內(nèi)很難便捷、廉價(jià)地運(yùn)回地球,但可以在月球建設(shè)核聚變電站直接利用,將產(chǎn)生的電能以無線傳輸方式發(fā)送回地面。

屆時(shí),月球基地不僅能為人類提供資源,獲取科學(xué)成果,也將成為人類前往遙遠(yuǎn)深空的中轉(zhuǎn)站。(付毅飛)


編輯:張佳琪

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