九天攬月星河闊，十六春秋繞落回。11 月 17 日，被稱(chēng)為“胖五”的長(cháng)征五號遙五運載火箭和嫦娥五號探測器在中國文昌航天發(fā)射場(chǎng)完成技術(shù)區總裝測試工作后，垂直轉運至發(fā)射區，計劃于 11 月下旬擇機實(shí)施發(fā)射。本次嫦娥五號月球探測器計劃首次實(shí)現從月球的采樣返回，把月壤或月巖等寶貴樣品帶回地球，屆時(shí)將有望為我國探月工程重大科技專(zhuān)項“繞、落、回”三步走發(fā)展戰略畫(huà)上一個(gè)圓滿(mǎn)的句號。

　　地月之間平均單程距離約為 38 萬(wàn)公里，走一個(gè)來(lái)回將近 80 萬(wàn)公里，月球樣品中究竟有哪些奧秘值得我們如此費力去挖掘?回望歷史，人類(lèi)在去月球“挖土”這件事上取得過(guò)哪些成就?本次我國嫦娥五號任務(wù)從取樣地點(diǎn)到采樣重量上會(huì )有哪些特別之處呢?

　　月壤雖是土，價(jià)值抵萬(wàn)金

　　“月壤即月球的土壤，雖然在月球上唾手可得，但是對地球人來(lái)說(shuō)卻蘊藏著(zhù)巨大的科學(xué)價(jià)值。”中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)行星科學(xué)研究所教授肖龍說(shuō)，月壤是研究月球的樣本，由月球巖石在遭受隕石撞擊、太陽(yáng)風(fēng)轟擊和宇宙射線(xiàn)輻射等空間風(fēng)化作用后形成，其中有大量的月球巖石碎塊、礦物及隕石等物質(zhì)?？茖W(xué)家通過(guò)研究這些月壤物質(zhì)，既可以了解月球的地質(zhì)演化歷史，也可以為了解太陽(yáng)活動(dòng)等提供必要的信息。

　　“探測月球有 3 種常用方法。”全國空間探測首席科學(xué)傳播專(zhuān)家龐之浩告訴科技日報記者，一是環(huán)繞探測，主要用于對月球進(jìn)行綜合性普查;二是著(zhù)陸和巡視探測，主要用于對月球進(jìn)行區域性詳查;三是采樣返回探測，主要用于對月球進(jìn)行區域性精查。相比前兩種方法，采樣返回探測，可以將月球的月壤等關(guān)鍵性樣品運回地面實(shí)驗室供科學(xué)家進(jìn)行精準分析研究，有利于進(jìn)一步了解月球的狀態(tài)、溫度、物質(zhì)含量等重要信息，深化對月壤、月殼和月球形成演化的認識。

　　龐之浩表示，從技術(shù)層面看，3 種空間探測方式有明顯的遞進(jìn)關(guān)系，每一步都是對前一步的深化，并同時(shí)為下一步奠定基礎，最終達到全面、深入了解月球的目的。完成月球取樣返回任務(wù)，需要經(jīng)歷一個(gè)全面、精細、深入的科學(xué)探測過(guò)程，可以突破一系列關(guān)鍵技術(shù)，并為今后載人登月和月球基地選址等提供有關(guān)數據、奠定技術(shù)基礎。

　　“挖土”有魅力，各國都很拼

　　“冷戰期間，當時(shí)的航天超級大國美國和蘇聯(lián)都很熱衷于去月球采樣。”龐之浩介紹，蘇聯(lián)月球 16 號探測器從月球豐饒海取回了一塊 101 克的小樣本。月球 20 號探測器和月球 24 號探測器則分別從阿波羅尼厄斯高地和月球危海采集到了 55 克與 170 克樣品。

　　“載人飛船從月球采樣返回，不僅采集量大、選擇性強，而且采集范圍可以很廣，因為航天員可以到艙外活動(dòng)，還能乘月球車(chē)漫游到比較遠的地方去采集月球樣品。例如美國阿波羅系列任務(wù)采樣位置的地理分布、地質(zhì)特征就非常豐富。”龐之浩說(shuō)。

　　1969 年 7 月至 1972 年 12 月，美國通過(guò)阿波羅 11 號到阿波羅 17 號載人飛船實(shí)施了 7 次載人登月任務(wù)，除了阿波羅 13 號因發(fā)生故障中途返回，其余 6 艘飛船皆完成登月，成功將 12 名航天員送上月球，共帶回月壤和月巖樣品約 381.7 千克。

　　據介紹，阿波羅 11 號著(zhù)陸在月球赤道附近的寧靜之海，選擇這個(gè)地點(diǎn)的原因是這里比較平坦，便于飛船降落和宇航員艙外活動(dòng)。

　　阿波羅 12 號與阿波羅 14 號均著(zhù)陸在月球赤道平原上，前者著(zhù)陸于風(fēng)暴海，后者降落在位于距離阿波羅 12 號著(zhù)陸地右側 177 公里的哥白尼隕石坑。

　　阿波羅 15 號著(zhù)陸在月球北半球中部阿基米德隕石坑東南的亞平寧山脈腳下，而阿波羅 16 號則是人類(lèi)第一次在月球赤道以南的中部高地西奧菲勒斯隕石坑附近著(zhù)陸。

　　阿波羅 17 號則在月球北半球的陶勒斯-利特羅山谷著(zhù)陸，該地既可以從谷底采集較為年輕的巖石樣本，也可以從月球高地采集較老的巖石樣本。

　　“通過(guò)對月球樣品的分析，科學(xué)家們取得了豐碩的成果。”龐之浩說(shuō)，科研人員通過(guò)研究發(fā)現，月壤中含有大量微小的橘紅色玻璃形式顆粒，這些顆粒一般富含鋁、硫和鋅，它們是在月幔部分融化過(guò)程中，于月球表面下約 300 千米深處形成，因火山活動(dòng)而噴出到月球表面。通過(guò)對樣品的分析與實(shí)驗證實(shí)，月壤和月巖中氧化鐵的含量很高，從中可以制取水和氧，未來(lái)可利用月面物質(zhì)支持月球基地的運行，并為登月飛行器補充燃料。更重要的是，科學(xué)家還在采集回來(lái)的樣品中發(fā)現了核聚變的理想原料氦-3。按照目前地球的能源消耗規模，月球上的氦-3 用于核聚變發(fā)電后能夠滿(mǎn)足人類(lèi)約 1 萬(wàn)年的能源需求。

　　嫦娥有特色，選址位置新

　　“我國嫦娥五號對月壤的采樣能力更強。”龐之浩表示，蘇聯(lián)月球 16 號、月球 20 號和月球 24 號 3 個(gè)無(wú)人月球探測器進(jìn)行了 3 次月球采樣返回任務(wù)，帶回的月球土壤樣品僅約 330 克，而我國僅嫦娥五號 1 個(gè)探測器就計劃帶回 2 千克月球樣品。

　　據龐之浩介紹，采樣重量會(huì )出現這么大的差別，是因為當時(shí)的蘇聯(lián)尚未掌握月球軌道無(wú)人交會(huì )對接技術(shù)，所以其 3 次無(wú)人月球采樣任務(wù)采用的都是月面起飛直接返回地球方案，這樣其上升器需要克服返回艙與大量燃料帶來(lái)的巨大負重，因此極大壓縮了采樣重量。而嫦娥五號計劃采用具有世界領(lǐng)先水平的月球軌道無(wú)人對接方案轉移月壤，上升器不用搭載返回艙，只需少量燃料，因此采樣重量呈幾何級提高。

　　另?yè)嚓P(guān)報道，嫦娥五號的取樣地址也很有特色，具有很高的研究?jì)r(jià)值。嫦娥五號將在月球正面最大的月海風(fēng)暴洋北部呂姆克山脈附近著(zhù)陸，此地從未有其他國家的探測器到訪(fǎng)過(guò)。風(fēng)暴洋相對較年輕，富集鈾、釷、鉀等放射性元素，該地存在大約 13 億至 20 億年前的玄武巖，獲得這些年輕玄武巖的同位素年齡，將有助于推進(jìn)對月球火山活動(dòng)和演化歷史的認識。

　　正如 11 月 5 日國際頂尖科學(xué)期刊《自然》刊文所言，嫦娥五號可以填補科學(xué)家對月球火山活動(dòng)研究的一個(gè)重要空白。此前對美、蘇獲取月壤樣品的研究表明，月球上的火山活動(dòng)在 35 億年前達到頂峰，然后減弱并停止。但對月球表面的觀(guān)測發(fā)現，某些區域可能含有最近 10 至 20 億年前才形成的火山熔巖，這與嫦娥五號著(zhù)陸地區的年齡相仿。如果嫦娥五號采回的樣本能夠證實(shí)這段時(shí)間月球仍在活動(dòng)，將改寫(xiě)月球的歷史。
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