近日，隨著火星探測(cè)窗口期臨近，各國(guó)探火項(xiàng)目都已蓄勢(shì)待發(fā)。事實(shí)上，人類(lèi)對(duì)于深空的探索熱情從沒(méi)有減弱過(guò)，無(wú)論是對(duì)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(hào)飛船降落在月球靜海地區(qū)。美國(guó)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(lèi)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(lèi)月球日。
不過(guò)，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(lái)自月球的巖石。從1969年到1972年，美國(guó)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(guó)終于也要采集月壤了。按照計(jì)劃，我國(guó)將于2020年10月底發(fā)射嫦娥五號(hào)探測(cè)器，通過(guò)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(wàn)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(lái)月球新認(rèn)識(shí)
幾十年前，隨著美國(guó)、蘇聯(lián)相繼從月球獲取樣本，幾千年來(lái)人們只能仰望、猜測(cè)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(kāi)。
除了認(rèn)識(shí)月球，對(duì)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(shí)各類(lèi)行星的地質(zhì)演化過(guò)程提供了參考。
美國(guó)史密森尼國(guó)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(lái)自月球的巖石徹底改變了我們對(duì)月球表面性質(zhì)、月球起源以及太陽(yáng)系演化三大問(wèn)題的認(rèn)識(shí)。
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(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員鄭永春認(rèn)為，月壤是從月球固體巖石圈到太陽(yáng)系空間的過(guò)渡帶，包含著相關(guān)區(qū)域的大量信息。對(duì)月壤的研究不僅涉及月球本身，而且還包含太陽(yáng)系空間物質(zhì)和能量的重要信息。其中包括太陽(yáng)系早期演化的歷史記錄、月巖和月壤的宇宙線(xiàn)暴露與輻照歷史、月球中揮發(fā)分的脫氣歷史、太陽(yáng)風(fēng)的組成、太陽(yáng)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(guó)國(guó)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(qǐng)，來(lái)自十多個(gè)國(guó)家的500多名科學(xué)家提出了申請(qǐng)。NASA共向外發(fā)放5萬(wàn)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(guó)國(guó)家安全事務(wù)顧問(wèn)布熱津斯基訪(fǎng)華時(shí)，向中國(guó)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(guó)月球探測(cè)工程首席科學(xué)家歐陽(yáng)自遠(yuǎn)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)進(jìn)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(yáng)自遠(yuǎn)說(shuō)，科研人員不僅判斷出該樣本是在阿波羅17號(hào)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(yáng)光照射。根據(jù)對(duì)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(duì)開(kāi)發(fā)月球資源同樣意義重大。全國(guó)空間探測(cè)技術(shù)首席科學(xué)傳播專(zhuān)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(cè)結(jié)果表明，月球淺層的氦-3含量多達(dá)上百萬(wàn)噸，足夠解決人類(lèi)的能源之憂(yōu)。實(shí)際上，隨著人類(lèi)對(duì)月球認(rèn)識(shí)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(guó)月球采樣不“燒錢(qián)”
雖然月球樣品為人類(lèi)帶來(lái)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(guó)從月球拿回來(lái)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(qián)的項(xiàng)目。“當(dāng)時(shí)有一種說(shuō)法：每發(fā)射一艘用于登月的土星五號(hào)重型火箭，相當(dāng)于燒掉一艘航空母艦。”中國(guó)航天科工集團(tuán)第二研究院研究員楊宇光說(shuō)。
龐之浩介紹，一枚土星五號(hào)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(guó)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(kāi)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(cè)，尤其是從阿波羅15號(hào)任務(wù)開(kāi)始搭載的月球車(chē)，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(guò)，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(guó)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(lái)看十分冒險(xiǎn)。
我國(guó)即將實(shí)施的嫦娥五號(hào)任務(wù)，則是圍繞月球采樣返回的主要目標(biāo)打造的無(wú)人探測(cè)任務(wù)。龐之浩表示，中國(guó)探月工程一直循序漸進(jìn)，從無(wú)人到載人的發(fā)展比較科學(xué)，成本也低得多。不過(guò)嫦娥五號(hào)探測(cè)器著陸后只能在原地開(kāi)展作業(yè)。
據(jù)國(guó)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(hào)探測(cè)器的著陸地點(diǎn)為月球正面西北部的呂姆克山脈。歐陽(yáng)自遠(yuǎn)曾介紹，我國(guó)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(lái)新的現(xiàn)象、新的發(fā)現(xiàn)。
將是人類(lèi)在太空的“哨所”
自1959年蘇聯(lián)發(fā)射“月球一號(hào)”拉開(kāi)人類(lèi)探月序幕至今，人類(lèi)共發(fā)射130多個(gè)月球探測(cè)器，以環(huán)繞、著陸巡視，甚至是撞擊等方式對(duì)月球進(jìn)行探測(cè)。
上世紀(jì)70年代中期，美蘇冷戰(zhàn)形勢(shì)逐漸緩和。蘇聯(lián)退出了載人登月競(jìng)爭(zhēng)，美國(guó)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(guó)普遍認(rèn)識(shí)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(lèi)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(kāi)發(fā)月球資源。
1994年1月25日，美國(guó)發(fā)射了克萊門(mén)汀探測(cè)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(lái)。
未來(lái)，月球或?qū)⒊蔀槿祟?lèi)在太空中的“哨所”。龐之浩說(shuō)，繼登月之后，“駐月”將成人類(lèi)下一階段的目標(biāo)。從月球上開(kāi)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(yáng)能電站提供資源。在月球背面可以建設(shè)科研站，避開(kāi)地球無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)傳輸方式發(fā)送回地面。
屆時(shí)，月球基地不僅能為人類(lèi)提供資源，獲取科學(xué)成果，也將成為人類(lèi)前往遙遠(yuǎn)深空的中轉(zhuǎn)站。(付毅飛)
