文(wen)章來源：科技日報 發(fa)布時間：2021-11-23
九天攬(lan)月(yue)星河(he)闊，十六春秋繞落回(hui)。11月(yue)17日，被稱為“胖五(wu)”的長(chang)征五(wu)號(hao)遙(yao)五(wu)運載火箭和嫦娥五(wu)號(hao)探測(ce)器在(zai)中國文(wen)昌航天發射(she)場完(wan)成技術區總(zong)裝測(ce)試工作后(hou)，垂直轉運至發射(she)區，計劃(hua)于11月(yue)下旬擇機實(shi)施發射(she)。
本(ben)次嫦(chang)娥五號月(yue)球探測器計(ji)劃首次實現從月(yue)球的(de)采樣返(fan)回，把月(yue)壤或月(yue)巖(yan)等寶貴樣品帶(dai)回地(di)球，屆時將有望為我國探月(yue)工程重(zhong)大科技專項(xiang)“繞、落、回”三步走發展戰略畫上一個圓滿(man)的(de)句(ju)號。
地(di)月之(zhi)間平均(jun)單程距離約為38萬(wan)公里(li)，走一個(ge)來(lai)回(hui)(hui)將近80萬(wan)公里(li)，月球樣品中究(jiu)竟有哪些(xie)奧秘值得我們如此費力去(qu)挖掘？回(hui)(hui)望歷(li)史(shi)，人類(lei)在去(qu)月球“挖土(tu)”這件事(shi)上(shang)(shang)取得過哪些(xie)成就？本次我國(guo)嫦娥五(wu)號任務從取樣地(di)點到采(cai)樣重量上(shang)(shang)會(hui)有哪些(xie)特別(bie)之(zhi)處呢(ni)？
月壤雖是土，價值抵萬金
“月(yue)壤(rang)(rang)即月(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)的(de)(de)(de)土壤(rang)(rang)，雖然在月(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)上唾手(shou)可得，但是(shi)對地(di)球(qiu)(qiu)(qiu)人來說卻蘊藏著巨大(da)的(de)(de)(de)科學(xue)(xue)價值。”中國地(di)質(zhi)大(da)學(xue)(xue)（武漢(han)）行星(xing)科學(xue)(xue)研(yan)究(jiu)(jiu)所教授(shou)肖龍說，月(yue)壤(rang)(rang)是(shi)研(yan)究(jiu)(jiu)月(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)的(de)(de)(de)樣本(ben)，由月(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)巖石在遭受隕石撞擊、太陽風(feng)轟擊和(he)宇(yu)宙射(she)線輻射(she)等(deng)空間風(feng)化(hua)作用后形成，其中有大(da)量的(de)(de)(de)月(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)巖石碎(sui)塊、礦物及隕石等(deng)物質(zhi)。科學(xue)(xue)家(jia)通過(guo)研(yan)究(jiu)(jiu)這些月(yue)壤(rang)(rang)物質(zhi)，既可以了解月(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)的(de)(de)(de)地(di)質(zhi)演(yan)化(hua)歷史，也可以為了解太陽活動(dong)等(deng)提供(gong)必要的(de)(de)(de)信息(xi)。
“探(tan)測(ce)(ce)月(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)有3種(zhong)常(chang)用方(fang)(fang)法(fa)。”全國空(kong)間探(tan)測(ce)(ce)首席科學傳播專家龐(pang)之浩表示，一是環繞探(tan)測(ce)(ce)，主(zhu)(zhu)要用于(yu)(yu)對(dui)(dui)(dui)月(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)進(jin)行(xing)綜(zong)合(he)性(xing)普查；二是著陸和巡視探(tan)測(ce)(ce)，主(zhu)(zhu)要用于(yu)(yu)對(dui)(dui)(dui)月(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)進(jin)行(xing)區(qu)域性(xing)詳查；三是采(cai)樣返(fan)(fan)回(hui)探(tan)測(ce)(ce)，主(zhu)(zhu)要用于(yu)(yu)對(dui)(dui)(dui)月(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)進(jin)行(xing)區(qu)域性(xing)精查。相比前兩種(zhong)方(fang)(fang)法(fa)，采(cai)樣返(fan)(fan)回(hui)探(tan)測(ce)(ce)，可以將月(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)的(de)月(yue)壤等關(guan)鍵性(xing)樣品運回(hui)地(di)面實驗室供科學家進(jin)行(xing)精準分(fen)析研究，有利于(yu)(yu)進(jin)一步了解月(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)的(de)狀(zhuang)態、溫(wen)度、物質含量(liang)等重要信息，深化對(dui)(dui)(dui)月(yue)壤、月(yue)殼和月(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)形(xing)成演化的(de)認識。
龐之浩表(biao)示，從技(ji)(ji)術層面看(kan)，3種空間探(tan)測方式有明顯的(de)(de)(de)遞(di)進關系，每一(yi)(yi)(yi)步都是(shi)對前一(yi)(yi)(yi)步的(de)(de)(de)深(shen)(shen)化，并同時為下一(yi)(yi)(yi)步奠定基礎，最終達到全(quan)(quan)面、深(shen)(shen)入了解月(yue)球的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)。完成月(yue)球取樣(yang)返回任務，需要經(jing)歷(li)一(yi)(yi)(yi)個全(quan)(quan)面、精(jing)細、深(shen)(shen)入的(de)(de)(de)科學探(tan)測過程(cheng)，可以突破一(yi)(yi)(yi)系列(lie)關鍵技(ji)(ji)術，并為今后載人登(deng)月(yue)和(he)月(yue)球基地選(xuan)址等提供有關數據、奠定技(ji)(ji)術基礎。
“挖土”有魅力，各國都很拼
“冷(leng)戰(zhan)期間，當時的航(hang)天超級大國美(mei)國和蘇聯都很熱(re)衷于去月(yue)(yue)(yue)球(qiu)采樣。”龐(pang)之浩介紹(shao)，蘇聯月(yue)(yue)(yue)球(qiu)16號探(tan)測器(qi)(qi)從(cong)月(yue)(yue)(yue)球(qiu)豐(feng)饒海取回了一(yi)塊101克(ke)(ke)的小樣本。月(yue)(yue)(yue)球(qiu)20號探(tan)測器(qi)(qi)和月(yue)(yue)(yue)球(qiu)24號探(tan)測器(qi)(qi)則(ze)分(fen)別從(cong)阿(a)波羅尼厄斯高地(di)和月(yue)(yue)(yue)球(qiu)危海采集到了55克(ke)(ke)與170克(ke)(ke)樣品。
“載(zai)人飛船從月球采樣返(fan)回，不僅采集量大、選擇性強，而且采集范(fan)圍可(ke)(ke)以(yi)很廣，因為航天員(yuan)可(ke)(ke)以(yi)到艙外活(huo)動，還能乘月球車漫游到比較遠的地方去采集月球樣品。例如美國阿波羅(luo)系列任(ren)務(wu)采樣位置的地理分布、地質(zhi)特(te)征就非(fei)常(chang)豐富。”龐之浩說(shuo)。
1969年7月(yue)(yue)至1972年12月(yue)(yue)，美國通過(guo)阿(a)(a)波羅(luo)(luo)11號到阿(a)(a)波羅(luo)(luo)17號載人飛船實施了7次載人登月(yue)(yue)任務，除了阿(a)(a)波羅(luo)(luo)13號因發生(sheng)故障中途返回(hui)，其余(yu)6艘飛船皆完成登月(yue)(yue)，成功將12名航天員送上月(yue)(yue)球(qiu)，共帶回(hui)月(yue)(yue)壤和月(yue)(yue)巖樣(yang)品約(yue)381.7千克。
據介紹(shao)，阿波羅11號著陸在月球赤道附(fu)近(jin)的(de)寧靜之海，選擇這個(ge)地點的(de)原因是這里比較平坦，便于飛船降落和宇航員艙外活動。
阿(a)波(bo)羅(luo)12號(hao)與阿(a)波(bo)羅(luo)14號(hao)均著(zhu)(zhu)陸在(zai)(zai)月球赤道平原上，前者(zhe)著(zhu)(zhu)陸于風暴(bao)海，后者(zhe)降(jiang)落在(zai)(zai)位于距離阿(a)波(bo)羅(luo)12號(hao)著(zhu)(zhu)陸地(di)右側177公里的哥白尼隕石坑。
阿(a)波(bo)(bo)羅15號著陸(lu)在月球北半球中部阿(a)基(ji)米德隕石坑(keng)東(dong)南的(de)亞平寧山脈腳下，而阿(a)波(bo)(bo)羅16號則是人(ren)類第(di)一次在月球赤道以南的(de)中部高(gao)地(di)西奧菲勒斯隕石坑(keng)附近著陸(lu)。
阿波羅17號則在月(yue)(yue)球北半球的陶勒斯-利特(te)羅山谷著陸(lu)，該地既可(ke)以從(cong)谷底采集(ji)較為年(nian)輕的巖石樣(yang)本(ben)，也可(ke)以從(cong)月(yue)(yue)球高地采集(ji)較老(lao)的巖石樣(yang)本(ben)。
“通(tong)過對(dui)月(yue)(yue)(yue)球(qiu)樣品(pin)的(de)(de)分析，科學(xue)家們取(qu)得(de)了豐碩的(de)(de)成果。”龐之浩說，科研(yan)人(ren)員通(tong)過研(yan)究(jiu)發現，月(yue)(yue)(yue)壤中(zhong)(zhong)含(han)有大量微小的(de)(de)橘(ju)紅色玻璃形式顆粒，這些顆粒一(yi)般富含(han)鋁、硫和(he)鋅(xin)，它們是在月(yue)(yue)(yue)幔(man)部分融化(hua)過程中(zhong)(zhong)，于(yu)月(yue)(yue)(yue)球(qiu)表(biao)(biao)面(mian)下約300千米深(shen)處形成，因火山活動(dong)而噴出到月(yue)(yue)(yue)球(qiu)表(biao)(biao)面(mian)。通(tong)過對(dui)樣品(pin)的(de)(de)分析與實驗證實，月(yue)(yue)(yue)壤和(he)月(yue)(yue)(yue)巖中(zhong)(zhong)氧(yang)化(hua)鐵的(de)(de)含(han)量很高，從中(zhong)(zhong)可(ke)以制(zhi)取(qu)水(shui)和(he)氧(yang)，未來(lai)可(ke)利用月(yue)(yue)(yue)面(mian)物(wu)質(zhi)支(zhi)持月(yue)(yue)(yue)球(qiu)基地的(de)(de)運行，并為登月(yue)(yue)(yue)飛(fei)行器補充(chong)燃(ran)料。更重要的(de)(de)是，科學(xue)家還在采集回來(lai)的(de)(de)樣品(pin)中(zhong)(zhong)發現了核(he)聚變的(de)(de)理(li)想原料氦-3。按照目前地球(qiu)的(de)(de)能源(yuan)(yuan)消耗規(gui)模，月(yue)(yue)(yue)球(qiu)上的(de)(de)氦-3用于(yu)核(he)聚變發電后(hou)能夠滿(man)足人(ren)類約1萬年的(de)(de)能源(yuan)(yuan)需(xu)求。
嫦娥有特色，選址位置新
“我(wo)國嫦娥(e)五號(hao)對月(yue)壤(rang)的(de)采(cai)樣(yang)能力更強。”龐之(zhi)浩表示(shi)，蘇聯月(yue)球(qiu)(qiu)16號(hao)、月(yue)球(qiu)(qiu)20號(hao)和月(yue)球(qiu)(qiu)24號(hao)3個無人(ren)月(yue)球(qiu)(qiu)探(tan)測(ce)器進(jin)行了3次月(yue)球(qiu)(qiu)采(cai)樣(yang)返回任務，帶(dai)回的(de)月(yue)球(qiu)(qiu)土(tu)壤(rang)樣(yang)品僅約330克(ke)，而我(wo)國僅嫦娥(e)五號(hao)1個探(tan)測(ce)器就計(ji)劃帶(dai)回2千(qian)克(ke)月(yue)球(qiu)(qiu)樣(yang)品。
據龐之(zhi)浩(hao)介紹，采(cai)(cai)樣重(zhong)量(liang)會(hui)出(chu)現這么大(da)的差(cha)別(bie)，是因(yin)為當時的蘇聯尚未掌握月(yue)球(qiu)軌道無人交(jiao)會(hui)對接技術，所以其(qi)3次無人月(yue)球(qiu)采(cai)(cai)樣任務采(cai)(cai)用的都是月(yue)面起飛直接返回(hui)地球(qiu)方(fang)案(an)(an)，這樣其(qi)上升(sheng)器需(xu)要克(ke)服(fu)返回(hui)艙(cang)與(yu)大(da)量(liang)燃料帶來的巨(ju)大(da)負重(zhong)，因(yin)此極大(da)壓縮了(le)采(cai)(cai)樣重(zhong)量(liang)。而(er)嫦娥(e)五號計劃采(cai)(cai)用具有世界領(ling)先水(shui)平的月(yue)球(qiu)軌道無人對接方(fang)案(an)(an)轉移月(yue)壤，上升(sheng)器不用搭載(zai)返回(hui)艙(cang)，只需(xu)少量(liang)燃料，因(yin)此采(cai)(cai)樣重(zhong)量(liang)呈(cheng)幾何級提高。
另(ling)據相(xiang)關報道，嫦娥(e)五(wu)號(hao)的(de)取(qu)樣地(di)址(zhi)也(ye)很(hen)有(you)特(te)色，具有(you)很(hen)高的(de)研究價值。嫦娥(e)五(wu)號(hao)將在月球(qiu)正面最大的(de)月海風(feng)暴(bao)洋北部(bu)呂姆克山脈附近著陸，此地(di)從未有(you)其他國家的(de)探(tan)測器到訪過。風(feng)暴(bao)洋相(xiang)對(dui)較年輕(qing)，富(fu)集鈾(you)、釷(tu)、鉀等放射性元素，該地(di)存(cun)在大約13億至(zhi)20億年前的(de)玄武巖，獲得這些年輕(qing)玄武巖的(de)同位素年齡(ling)，將有(you)助(zhu)于推進對(dui)月球(qiu)火山活動和演化(hua)歷史的(de)認(ren)識(shi)。
正如(ru)11月(yue)(yue)5日國際頂尖科(ke)(ke)學期(qi)刊《自然(ran)》刊文所言，嫦(chang)娥五號可以填補科(ke)(ke)學家對(dui)月(yue)(yue)球火山(shan)活動(dong)(dong)研究的一個重(zhong)要空白(bai)。此前(qian)對(dui)美、蘇(su)獲取月(yue)(yue)壤樣品的研究表明，月(yue)(yue)球上的火山(shan)活動(dong)(dong)在35億年(nian)前(qian)達(da)到頂峰(feng)，然(ran)后減弱(ruo)并停(ting)止。但對(dui)月(yue)(yue)球表面(mian)的觀(guan)測發現，某(mou)些區域可能(neng)含有(you)最近10至20億年(nian)前(qian)才形成的火山(shan)熔(rong)巖(yan)，這與(yu)嫦(chang)娥五號著(zhu)陸地區的年(nian)齡相(xiang)仿(fang)。如(ru)果嫦(chang)娥五號采回的樣本能(neng)夠證實(shi)這段時間(jian)月(yue)(yue)球仍(reng)在活動(dong)(dong)，將(jiang)改寫月(yue)(yue)球的歷史。
【責任(ren)編(bian)輯：趙藝涵(han)】