嫦娥回家

2021-02-05 02:52醋醋
读者 2021年5期
关键词:阿波罗嫦娥样品

醋醋

“阿波罗17号”采回的70017样品

地球上最古老的石头(LPI)

起源石,N1表示1英寸(LPI)

1978年5月20日中午,晚春的北京开完最后一丛洋槐花,空气中还残留着一丝花香。

美国副总统专机“空军二号”降落在北京机场,飞机上的布热津斯基透过舷窗看见黄华,不禁暗自高兴。

黄华时任中国外交部部长,他亲自接机表明这次访问级别很高,两国关系很有可能更进一步。

作为美国前总统卡特的国家安全事务助理,布热津斯基此行的目的只有一个:重启尼克松下台后停滞不前的中美关系,尽快推动中美建交。为表诚意,布热津斯基还带来两件特殊的礼物——一面中国国旗与一颗岩石,它们都来自月球。

当时的中央领导认为,旗帜有没有上过月球无从考证,岩石可以交给专业人士“验明正身”。

此人远在贵阳,被中共中央办公厅一个电话喊到北京。他打开装着月球石的玻璃盒时愣住了,样品不到一粒黄豆大。原来美国人用凸透镜做玻璃盒,放大了形状,看上去拇指大小的岩石其实只有1克。

他小心地把月球石剖成两半,0.5克拿来做研究,0.5克送给北京天文馆珍藏。通过4个月的分析,他带领团队写出了14篇论文,岩石的真身一一浮现。他甚至推断出这是由“阿波罗17号”飞船采集来的样品,在参考美国公布的数据后,他告诉美国人,你们这块岩石的编号是70017-291。

他就是“嫦娥之父”欧阳自远,“嫦娥”探月工程首席科学家。他当时一定不会想到,42年后的“嫦娥五号”,一次挖回来2千克月球样品,一扫当年的窘迫。

2020年12月17日凌晨2点,“嫦娥五号”的返回器降落在内蒙古四子王旗草原。

对于中国这次探月行动,美国国家航空航天局(NASA)发了一条推特,内容大概为:中国“嫦娥五号”已经开始努力获取月球样本,我們希望中国向全球科学界分享数据,以增加我们对月球的了解,就像当年“阿波罗”任务那样。

月亮活着吗

从1969年到1972年,美国6次将12人送上月球挖土,“一镐一镐”挖回来381.7千克月球样品。

1971年,“阿波罗15号”降落在月球上的亚平宁山,戴维·斯科特从月球车下来没走几步,就踢到一块水晶,水晶在白色与灰色之间轮转,非常美丽。同伴詹姆斯·欧文当时心有所感,仿佛这块水晶正在那儿等待他们到来。

他们认为这是原始月壳的一部分,至少有45亿年历史,并将其命名为“起源石”,这是“阿波罗登月计划”带回的最著名的月球样品。

“阿波罗12号”指令长阿兰·比恩是第4个登上月球的人,他曾在月球发誓:“如果我能回到地球,我将做自己喜欢做的事。”比恩喜欢做的事是绘画,他用混合了月尘的油彩绘画,画的全是他看过的月球景色,其中一幅《阿波罗精神》在其个人官网上售价高达433700美元。

当比恩挥毫泼墨之际,欧阳自远领衔的中科院地球化学研究所正围着0.5克月球石忙碌,慎之又慎。这后面还排着一串长队等着拿月球石做研究,中科院原子能研究所、中科院原子核研究所、中科院长春应用化学研究所……

就算这次我们带回来2千克月球样品,相比美国的381.7千克依然是小巫见大巫,美国人到底图什么呢?

这还得从当年美苏太空争霸说起。放卫星上天,加加林从太空看地球,苏联人赢得两轮头彩,让美国急得不行。

1961年,肯尼迪放下狠话,10年内美国必须抢在苏联人前面登月,“阿波罗登月计划”从此正式开始。这项任务的过程很复杂,结果很简单——只要送人到月球上走一走就算赢,至于落在月球哪里根本不重要。

月球正面低纬度地区离地球近,为降低任务难度,美苏航天器的着陆点都选在这个范围内。

1969年7月20日,世界时间20:17,“阿波罗11号”登月舱降落在月球上,着陆点约在北纬0°、东经23°。阿姆斯特朗爬出舱门的时候,苏联的“月球15号”刚好从他头上掠过。

“月球15号”是“嫦娥五号”的先驱,它在“阿波罗11号”发射前3天升空,希望抢在美国人之前登陆月球并采样返回,好让苏联人挽回一点颜面。为了避免与“阿波罗11号”相撞,苏联还把“月球15号”的轨道参数透露给了美国。

然而天不遂人愿,“月球15号”坠毁失事。

它的“遗愿”只能让一年后的“月球16号”完成——带回101克样品。

“阿波罗11号”落地区域叫“静海”,“月球15号”落地区域叫“危海”,“月球16号”落地区域叫“丰富海”,它们都是意大利神学家乔万尼·里乔利在1651年一拍脑袋取的名字。

“危海”重力增强,说明地下有高密度物质,形成了质量瘤,至于是什么物质,只有留待以后深度钻探才知道。

美国人将首次登月地点选在“静海”,而非“危海”,是因为1968年,美国5艘月球探测器在“危海”中心探测到月球上最大的质量瘤,美国人感觉惹不起就闪了。

战斗民族的脾气是不服就干。“月球16号”“月球20号”在“丰富海”采样成功返回后,苏联卯上了“危海”,誓要告慰“月球15号”的“在天之灵”。

右边那处洼地即是危海。鲍国全摄

1976年8月18日,“月球24号”在距“月球15号”躺倒的2.3千米处成功着陆,并带回170克月球地表下方2米深处的月球样品。

“月球24号”登陆之后,人类再无探测器登陆月球采样,直到2020年“嫦娥五号”翩然而至。

美苏在月球一共采样382千克,都是无价之宝。2018年,纽约苏富比拍卖行拍卖了3粒小型月球岩石,总重量为0.2克,来自科罗廖夫的遗孀,最终以85.5万美元成交。

当然,月球样品的价值不是金钱可以衡量的,美国对“嫦娥五号”采样感兴趣,主要还在于它的着陆点与众不同,那里远离“阿波罗”和“月球号”采样区,极可能存在与之前的样品不同的岩石类型。

2018年,中国地质大学教授肖龙研究组发表了一篇论文,强烈建议“嫦娥五号”在吕姆克山东部的Em4地质区着陆,这里形成于约12亿年前,是吕姆克山及整个月球最年轻的区域。

据新华社报道,“嫦娥五号”着陆点在北纬43.1°、

经51.8°,正好位于Em4地质区。

月球火山运动在32亿年前就基本结束了,美苏着陆地区采集的月球样品,年龄集中在44亿~31亿年前。“嫦娥五号”带回来的是距今最近一次的月球岩浆活动的样品。

通过对这些样品的研究,科学家试图解释,月球作为一个相对较小的天体,内部为何能够存在如此长久的岩浆活动,从而可能提出新的月球内部演化模型,并为其他行星的演化过程提供参考。

“嫦娥五号”带回来的月球样品可能为人类提供完整的月球历史,这将彻底改变我们对月球和太阳系的理解。

月球“湿”了

2020年10月26日,NASA宣布“首次”在有阳光照射的月球表面发现水,全世界媒体蜂拥报道,只有俄媒泼来一盆冷水:这事儿我们40多年前就晓得了。

更让美国人沮丧的是,1976年,美苏为了缓和关系互换了1克月球岩石,苏联的这1克就来自170克“危海”样品。坐拥381.7千克月球样品的美国人八成没把这当一回事,随手扔到一边,没有好好研究,否则何至于到现在才发现月球上有水。

1998年与2009年,美国先后发射探测器,通过中子探测仪与3微米红外波段探测,发现月球有水的间接证据——氢,并绘制了月球南北两极的水冰分布。

下一步,找出月岩、月壤中水的成因和赋存状态,是“嫦娥五号”带回来的2千克月球样品要解答的科学问题之一。

建设月球基地,水资源无比珍贵。我们现在从地球向月球发射一升瓶装水的成本为3.5万美元,这个成本非常高。无法在当地取水,月球基地就很难维持下去,这也是为何在“阿波罗计划”完成之后,美国喊了半个世纪重返月球建基地却至今没见行动的重要原因。

现在好了,月球终于“湿”了,月球基地还会远吗?

月球两极有些地方是永久性阴影区,温度一般都在零下163.15℃,彗星、隕石带来的水分,或者它们撞击羟基转化的水分都被极低温禁锢在陨石坑中,形成一个个深井冰,叫作“冷阱”。在这里,水不仅是结冰那么简单,还会硬得像一块石头,并且在长达10亿年的时间内都被冰封在这里。

科学家估计,月球表面的冷阱加起来超过4万平方千米的冰,相当于安大略湖大小的两倍。人类可以很方便地利用太阳能获取月球储存的冰资源。

这里是建立第一个月球基地的理想区域。水资源保证了基地的长期运作,为进军火星铺路,还有利于开采月球上的“石油”氦-3,这是一种理想的核聚变原料,整个地球的储量只有20吨,月球总储量大约为100万吨,可以满足全球人类一万年的能源需求。

虽然联合国在1984年通过了《关于各国在月球和其他天体上活动的协定》(简称《月球协定》),规定月球及其自然资源是人类共同的财产,但基于“先到先得”这个放之四海皆准的规则,对月球资源与空间的利用取决于谁能更早地建设基地。

本来美国在这方面遥遥领先,“阿波罗计划”完成后,下一步就是建设月球基地,但一来当时不知道月球上有水,估算花费太大,实际回报太小;二来苏联人跑不动了,已经下场休息,美国干脆也拍拍屁股走人,玩航天飞机与空间站去了。

50年后,美国突然发现,这条赛道上多了一名中国选手。

星辰大海

1994年1月25日,美国发射“克莱门汀”探测器再探月球,一大任务就是找水,奏响了人类重返月球的序曲。

眼看老司机又有新动作,欧洲、日本也闹着要上车。

月球似乎唾手可得。第二年,这些国家又在德国汉堡召开了有关月球资源的会议,协调各方制定利益瓜分策略。

虽然中国没有参加上述会议,但欧阳自远在1994年开始深入规划中国的探月工程,他提交了《我国开展月球探测的必要性与可行性》报告并获得通过。

2004年,我国宣布正式启动探月工程,采用家喻户晓的“嫦娥”命名,分为绕、落、回三个阶段,制定了2020年以前在月球采样返回的目标,为以后的载人登月、建设月球基地打下基础。

16年来,中国基本上按照原定计划一步一步地完成了所有的阶段目标。加上预研,中国的登月计划走过了26个春秋。

“嫦娥五号”之后,“嫦娥六号”计划在月球南极进行采样,“嫦娥七号”计划执行月球南极综合探测,包括地形地貌、物质成分等,“嫦娥八号”验证能否采用3D打印技术,利用月壤建成科研基地……中国马不停蹄。

美国在2004年由小布什政府宣布“太空探索新构想”,并在此基础上于2005年推出“星座计划”,力争在2015年让美国宇航员重返月球,在月球建立基地。

美国的航天能力依然强悍,不可小觑,如果SLS能够在2021年成功首飞,这种运载能力达到165吨、超越“土星五号”的火箭,将大大推进美国重返月球的进程。

民间航天也是美国的一大亮点。SpaceX正在研发的星舰,有效载荷最高可达150吨,飞船载人能力超过100人,远超当前的上限7人,目标是可重复使用,前往月球、火星等外星着陆。虽然最近一次实验SN8爆炸了,不过一旦成功,就会改变人类航天规则。甚至连亚马逊这样的电商巨头也进入航天领域,欲与SpaceX一决高低。

总的来说,中国胜在整体计划的系统周密与连续性,但在火箭运载技术上有待加强;美国胜在多年来积累的技术优势,但受政治因素干扰总是断档。中美之间形成的这种太空竞赛,更像一场马拉松,谁第一个建月球基地并不重要,重要的是谁能长期稳定地持续下去。比拼的根本,偏向于整体系统的工程能力,而非某个单项技术的突破,在这方面中国人更具优势。无须妄自菲薄,我们的前方是星辰大海。

中美以及全世界的太空长跑,每个参与者都是赢家。真正要拼的,是“子子孙孙无穷尽也”地对科学的传承。

(山 儿摘自微信公众号“醋话集”,本刊节选)

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