嫦娥五號年內(nèi)升空 我們?yōu)槭裁匆ピ铝辽?ldquo;挖土”？

為了紀念人類首次成功登月，每年7月20日被定為人類月球日。而時隔半個世紀，中國也要采集月壤了——

本報記者 付毅飛

近日，隨著火星探測窗口期臨近，各國探火項目都已蓄勢待發(fā)。事實上，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。為了紀念這個激動人心的時刻，每年7月20日被定為人類月球日。

不過，阿波羅計劃在科學(xué)領(lǐng)域最大的貢獻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。

時隔半個世紀，中國終于也要采集月壤了。按照計劃，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)阿波羅計劃的樣品負責(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)家進行研究。

1978年，時任美國國家安全事務(wù)顧問布熱津斯基訪華時，向中國贈送了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)家歐陽自遠帶領(lǐng)團隊進行研究。“我們把它是什么，它的年齡是多少，它包含哪些東西，全弄清楚了。”歐陽自遠說，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，確認了采集地點，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是世界公認高效、清潔、安全的核聚變發(fā)電燃料。據(jù)計算，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含量多達上百萬噸，足夠解決人類的能源之憂。實際上，隨著人類對月球認識的加深，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)月球氦-3的總儲量很可能更多。

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，但在阿波羅計劃中，獲取樣品所要付出的代價也十分驚人。有人計算，美國從月球拿回來的382公斤樣品，花費的成本相當(dāng)于同等重量鉆石的30多倍。

這并不奇怪，因為阿波羅計劃原本就是個很燒錢的項目。“當(dāng)時有一種說法：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。”中國航天科工集團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高達5億美元，一艘阿波羅登月飛船比等重黃金貴十多倍。阿波羅計劃歷時11年，耗資255億美元，為實施該計劃，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。龐之浩認為，由宇航員開展采樣任務(wù)，具有較強的靈活性，可以有的放矢。同時宇航員可以進行移動式探測，尤其是從阿波羅15號任務(wù)開始搭載的月球車，其時速可達10公里左右，能使宇航員的活動范圍大大增加。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。雖然美國人半個世紀前就能將宇航員送上月球，令人欽佩，但楊宇光認為阿波羅工程技術(shù)途徑比較冒進，一些設(shè)備冗余做得很少，從安全性角度來看十分冒險。

我國即將實施的嫦娥五號任務(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，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為月球正面西北部的呂姆克山脈。歐陽自遠曾介紹，我國選擇的著陸點距離阿波羅計劃著陸點有上千公里距離，將會迎來新的現(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行探測。

上世紀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，停止了代價不菲的登月活動。此后近20年間，全世界進入了深入研究探月意義的冷靜思考階段。

這段時期，各國普遍認識到探月活動具有政治、社會、技術(shù)、科學(xué)和經(jīng)濟等多方面意義。因而此后人類的探月活動方向，也由不惜代價服務(wù)于政治目的，轉(zhuǎn)變?yōu)閷⒖茖W(xué)探索和經(jīng)濟利益相結(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)時最詳細的月球表面圖像，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?ldquo;哨所”。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，或許在一段時期內(nèi)很難便捷、廉價地運回地球，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，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深空的中轉(zhuǎn)站。