文章來源：科技日報 發布時間：2021-11-23
九(jiu)天(tian)攬月(yue)星河(he)闊，十(shi)六春秋(qiu)繞落回。11月(yue)17日，被稱為“胖五”的長征五號遙五運載火(huo)箭和嫦娥五號探測器在中國文昌航天(tian)發射(she)場(chang)完(wan)成技術區總(zong)裝測試工作后，垂直轉運至發射(she)區，計劃于11月(yue)下(xia)旬(xun)擇(ze)機實施發射(she)。
本次嫦(chang)娥五(wu)號月(yue)球探測器計劃首次實現(xian)從月(yue)球的采樣(yang)返回(hui)，把(ba)月(yue)壤或(huo)月(yue)巖等(deng)寶(bao)貴樣(yang)品(pin)帶(dai)回(hui)地球，屆時將(jiang)有望為我國探月(yue)工程重大科技專項“繞、落、回(hui)”三(san)步(bu)走發展戰(zhan)略畫上一個圓(yuan)滿的句號。
地月之(zhi)間平均單程距離約為38萬(wan)公(gong)里(li)，走一個來回將近80萬(wan)公(gong)里(li)，月球(qiu)樣品中究(jiu)竟有(you)哪些奧秘值得我們如此費力去挖掘？回望歷史，人(ren)類在(zai)去月球(qiu)“挖土”這件事上(shang)取(qu)得過哪些成就？本(ben)次我國嫦(chang)娥(e)五號任務從取(qu)樣地點到采樣重量上(shang)會有(you)哪些特別之(zhi)處呢？
月壤雖是土，價值抵萬金
“月壤(rang)即月球(qiu)(qiu)(qiu)的(de)(de)土壤(rang)，雖(sui)然(ran)在月球(qiu)(qiu)(qiu)上唾手(shou)可(ke)得(de)，但是(shi)對地(di)球(qiu)(qiu)(qiu)人(ren)來說卻蘊藏著巨大(da)(da)的(de)(de)科(ke)學(xue)價值。”中國地(di)質(zhi)大(da)(da)學(xue)（武漢）行星科(ke)學(xue)研究所(suo)教授(shou)肖龍說，月壤(rang)是(shi)研究月球(qiu)(qiu)(qiu)的(de)(de)樣(yang)本，由月球(qiu)(qiu)(qiu)巖石(shi)在遭(zao)受隕(yun)石(shi)撞(zhuang)擊、太陽風轟擊和宇宙射線輻射等(deng)空間風化(hua)(hua)作用后形成，其中有大(da)(da)量的(de)(de)月球(qiu)(qiu)(qiu)巖石(shi)碎塊、礦物及隕(yun)石(shi)等(deng)物質(zhi)。科(ke)學(xue)家通過(guo)研究這些月壤(rang)物質(zhi)，既可(ke)以了解月球(qiu)(qiu)(qiu)的(de)(de)地(di)質(zhi)演化(hua)(hua)歷史，也可(ke)以為(wei)了解太陽活動等(deng)提供必(bi)要(yao)的(de)(de)信息。
“探(tan)(tan)測(ce)月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)有3種常(chang)用(yong)方法。”全國空(kong)間探(tan)(tan)測(ce)首席科學傳播(bo)專家(jia)龐之浩表示(shi)，一是(shi)(shi)環繞探(tan)(tan)測(ce)，主要用(yong)于對月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)進(jin)(jin)(jin)行(xing)綜合性(xing)(xing)普查；二是(shi)(shi)著陸和巡視探(tan)(tan)測(ce)，主要用(yong)于對月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)進(jin)(jin)(jin)行(xing)區(qu)(qu)域性(xing)(xing)詳(xiang)查；三是(shi)(shi)采樣返回探(tan)(tan)測(ce)，主要用(yong)于對月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)進(jin)(jin)(jin)行(xing)區(qu)(qu)域性(xing)(xing)精(jing)查。相比前兩種方法，采樣返回探(tan)(tan)測(ce)，可以(yi)將(jiang)月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)的月(yue)(yue)壤等關鍵性(xing)(xing)樣品(pin)運回地面(mian)實驗室供(gong)科學家(jia)進(jin)(jin)(jin)行(xing)精(jing)準分(fen)析研究，有利于進(jin)(jin)(jin)一步了解(jie)月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)的狀態、溫度、物(wu)質含(han)量等重要信息，深化對月(yue)(yue)壤、月(yue)(yue)殼和月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)形成演化的認識。
龐之浩表示，從技(ji)術層面看，3種(zhong)空間探測(ce)方式有明(ming)顯的(de)遞(di)進關系(xi)，每一(yi)步(bu)都是對前(qian)一(yi)步(bu)的(de)深(shen)化，并同時(shi)為下一(yi)步(bu)奠(dian)定(ding)(ding)基礎，最終達到全面、深(shen)入了解(jie)月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)的(de)目的(de)。完成(cheng)月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)取樣返回任務，需要經歷一(yi)個全面、精細、深(shen)入的(de)科學探測(ce)過程，可以突破一(yi)系(xi)列(lie)關鍵(jian)技(ji)術，并為今后載人(ren)登月(yue)(yue)和月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)基地選(xuan)址等提供(gong)有關數據(ju)、奠(dian)定(ding)(ding)技(ji)術基礎。
“挖土”有魅力，各國都很拼
“冷戰期(qi)間，當時的(de)航天超(chao)級大國美國和蘇(su)聯都很熱衷于去月(yue)球(qiu)采樣(yang)。”龐之浩介紹，蘇(su)聯月(yue)球(qiu)16號(hao)探(tan)測(ce)(ce)器從月(yue)球(qiu)豐饒(rao)海取(qu)回了一塊101克的(de)小樣(yang)本。月(yue)球(qiu)20號(hao)探(tan)測(ce)(ce)器和月(yue)球(qiu)24號(hao)探(tan)測(ce)(ce)器則分(fen)別從阿波羅(luo)尼厄斯高地和月(yue)球(qiu)危海采集(ji)到了55克與170克樣(yang)品(pin)。
“載人飛船從月球(qiu)采樣返回，不僅(jin)采集(ji)量大(da)、選擇性強(qiang)，而且采集(ji)范圍可(ke)以很廣，因為(wei)航(hang)天員可(ke)以到(dao)艙外活(huo)動(dong)，還(huan)能乘月球(qiu)車漫游到(dao)比較(jiao)遠的地(di)(di)方(fang)去采集(ji)月球(qiu)樣品。例如美國阿波羅系列任務采樣位(wei)置的地(di)(di)理分布、地(di)(di)質(zhi)特征(zheng)就(jiu)非常(chang)豐富。”龐之浩(hao)說。
1969年7月(yue)(yue)(yue)至(zhi)1972年12月(yue)(yue)(yue)，美國通(tong)過阿波(bo)羅(luo)11號(hao)到阿波(bo)羅(luo)17號(hao)載(zai)人(ren)飛(fei)船實施了7次載(zai)人(ren)登月(yue)(yue)(yue)任務，除了阿波(bo)羅(luo)13號(hao)因(yin)發生(sheng)故障中途(tu)返(fan)回，其余(yu)6艘飛(fei)船皆完成登月(yue)(yue)(yue)，成功將12名航(hang)天員送上(shang)月(yue)(yue)(yue)球，共帶回月(yue)(yue)(yue)壤和月(yue)(yue)(yue)巖樣品約381.7千克(ke)。
據介紹，阿波(bo)羅11號(hao)著陸(lu)在月(yue)球赤道附近(jin)的寧靜(jing)之(zhi)海，選擇這(zhe)個地點的原因是這(zhe)里比較平坦，便于飛船(chuan)降落和宇航員艙外(wai)活動。
阿(a)波羅12號與阿(a)波羅14號均著(zhu)陸在(zai)(zai)月球赤道平原上(shang)，前者著(zhu)陸于(yu)(yu)風(feng)暴海，后者降落在(zai)(zai)位于(yu)(yu)距(ju)離阿(a)波羅12號著(zhu)陸地右側(ce)177公里的(de)哥(ge)白尼隕石(shi)坑。
阿(a)波羅15號(hao)著(zhu)陸在月球(qiu)北半球(qiu)中部(bu)阿(a)基米德(de)隕石坑東南(nan)的(de)亞平寧山脈腳下，而(er)阿(a)波羅16號(hao)則是人(ren)類第一次在月球(qiu)赤道以南(nan)的(de)中部(bu)高地(di)西奧(ao)菲勒斯隕石坑附近(jin)著(zhu)陸。
阿波(bo)羅(luo)17號則在月球(qiu)北半(ban)球(qiu)的陶勒斯-利特羅(luo)山谷著陸，該地(di)既可(ke)以從谷底(di)采(cai)集較(jiao)為年輕的巖石樣本，也可(ke)以從月球(qiu)高地(di)采(cai)集較(jiao)老的巖石樣本。
“通過對月(yue)(yue)球(qiu)樣(yang)品(pin)的(de)分(fen)析，科學家們取得(de)了(le)豐(feng)碩的(de)成果。”龐之浩說，科研人(ren)員通過研究(jiu)發現，月(yue)(yue)壤中(zhong)含(han)(han)有(you)大(da)量微小的(de)橘紅色(se)玻璃形式(shi)顆粒(li)，這(zhe)些顆粒(li)一般富含(han)(han)鋁、硫(liu)和(he)鋅，它們是在月(yue)(yue)幔部分(fen)融化過程中(zhong)，于(yu)月(yue)(yue)球(qiu)表面下約300千米(mi)深處形成，因火山活動(dong)而噴出到月(yue)(yue)球(qiu)表面。通過對樣(yang)品(pin)的(de)分(fen)析與實驗證實，月(yue)(yue)壤和(he)月(yue)(yue)巖中(zhong)氧(yang)化鐵的(de)含(han)(han)量很高，從中(zhong)可(ke)以制(zhi)取水和(he)氧(yang)，未來可(ke)利用月(yue)(yue)面物質支持月(yue)(yue)球(qiu)基(ji)地(di)的(de)運行，并為(wei)登月(yue)(yue)飛行器補充燃料。更(geng)重(zhong)要的(de)是，科學家還在采集回來的(de)樣(yang)品(pin)中(zhong)發現了(le)核聚變的(de)理想(xiang)原料氦-3。按(an)照目前地(di)球(qiu)的(de)能(neng)源消耗規模(mo)，月(yue)(yue)球(qiu)上(shang)的(de)氦-3用于(yu)核聚變發電后能(neng)夠滿足人(ren)類約1萬年的(de)能(neng)源需求。
嫦娥有特色，選址位置新
“我國嫦(chang)(chang)娥五號對月(yue)(yue)壤的采樣(yang)能(neng)力更強。”龐之浩(hao)表示(shi)，蘇聯(lian)月(yue)(yue)球(qiu)16號、月(yue)(yue)球(qiu)20號和月(yue)(yue)球(qiu)24號3個(ge)無人(ren)月(yue)(yue)球(qiu)探測器進(jin)行了3次月(yue)(yue)球(qiu)采樣(yang)返回(hui)任(ren)務，帶(dai)回(hui)的月(yue)(yue)球(qiu)土壤樣(yang)品(pin)僅(jin)約330克(ke)，而我國僅(jin)嫦(chang)(chang)娥五號1個(ge)探測器就(jiu)計劃帶(dai)回(hui)2千克(ke)月(yue)(yue)球(qiu)樣(yang)品(pin)。
據龐之浩介紹，采(cai)(cai)樣(yang)重量(liang)會(hui)出現這么大(da)的(de)(de)差別，是因(yin)為當時的(de)(de)蘇聯尚(shang)未(wei)掌握月(yue)(yue)球(qiu)軌道(dao)無(wu)人交會(hui)對接(jie)技術，所以其3次無(wu)人月(yue)(yue)球(qiu)采(cai)(cai)樣(yang)任(ren)務采(cai)(cai)用(yong)(yong)的(de)(de)都是月(yue)(yue)面起飛直(zhi)接(jie)返回地球(qiu)方(fang)案，這樣(yang)其上升器(qi)需要克(ke)服返回艙(cang)與大(da)量(liang)燃料帶(dai)來的(de)(de)巨大(da)負重，因(yin)此極大(da)壓(ya)縮了采(cai)(cai)樣(yang)重量(liang)。而嫦(chang)娥(e)五號計劃(hua)采(cai)(cai)用(yong)(yong)具有世界(jie)領先(xian)水平的(de)(de)月(yue)(yue)球(qiu)軌道(dao)無(wu)人對接(jie)方(fang)案轉(zhuan)移月(yue)(yue)壤，上升器(qi)不(bu)用(yong)(yong)搭載返回艙(cang)，只需少量(liang)燃料，因(yin)此采(cai)(cai)樣(yang)重量(liang)呈幾何級提高。
另(ling)據(ju)相關(guan)報(bao)道，嫦娥五號(hao)的(de)取樣地址也很(hen)有特色，具有很(hen)高的(de)研究價值(zhi)。嫦娥五號(hao)將(jiang)在月球正面最大的(de)月海(hai)風(feng)暴洋北(bei)部呂姆克山脈(mo)附(fu)近著陸，此地從未有其(qi)他(ta)國家的(de)探測器到訪過(guo)。風(feng)暴洋相對(dui)較年(nian)輕(qing)(qing)，富集鈾、釷、鉀等放(fang)射(she)性元素(su)，該地存在大約13億(yi)至20億(yi)年(nian)前的(de)玄(xuan)武(wu)巖(yan)，獲得這(zhe)些年(nian)輕(qing)(qing)玄(xuan)武(wu)巖(yan)的(de)同位素(su)年(nian)齡，將(jiang)有助于(yu)推進對(dui)月球火山活動和演化(hua)歷史的(de)認(ren)識。
正(zheng)如(ru)11月(yue)5日(ri)國際頂(ding)尖科(ke)學(xue)期刊《自然》刊文所(suo)言，嫦娥(e)五(wu)號(hao)可以填補科(ke)學(xue)家對(dui)月(yue)球(qiu)火山活動(dong)研(yan)究的(de)(de)(de)一個(ge)重要空白。此前對(dui)美、蘇獲取月(yue)壤樣品的(de)(de)(de)研(yan)究表(biao)明，月(yue)球(qiu)上的(de)(de)(de)火山活動(dong)在35億年(nian)前達到頂(ding)峰，然后減弱并停(ting)止。但對(dui)月(yue)球(qiu)表(biao)面的(de)(de)(de)觀測發現，某些(xie)區域可能含有最近(jin)10至(zhi)20億年(nian)前才(cai)形成的(de)(de)(de)火山熔巖，這(zhe)與(yu)嫦娥(e)五(wu)號(hao)著陸地區的(de)(de)(de)年(nian)齡相仿。如(ru)果嫦娥(e)五(wu)號(hao)采回的(de)(de)(de)樣本能夠證(zheng)實這(zhe)段時間(jian)月(yue)球(qiu)仍在活動(dong)，將改寫月(yue)球(qiu)的(de)(de)(de)歷史。
【責任編輯：趙藝涵】