文章來源：科技日報 發布時間：2021-11-23
九天攬月(yue)星河闊，十(shi)六(liu)春秋繞落(luo)回。11月(yue)17日，被稱(cheng)為“胖五(wu)”的長(chang)征(zheng)五(wu)號遙五(wu)運(yun)載(zai)火箭和嫦娥五(wu)號探測器(qi)在(zai)中國文昌航天發射(she)場(chang)完成技術區(qu)總裝測試工作(zuo)后，垂直轉運(yun)至發射(she)區(qu)，計劃(hua)于(yu)11月(yue)下旬擇機實(shi)施發射(she)。
本次(ci)嫦娥(e)五(wu)號月球(qiu)探(tan)測器計劃首次(ci)實現(xian)從月球(qiu)的采樣返回，把(ba)月壤或月巖(yan)等寶(bao)貴樣品帶回地(di)球(qiu)，屆時(shi)將有望為我國探(tan)月工程重大科(ke)技專項“繞、落(luo)、回”三步走發展戰略畫上一個圓滿的句號。
地(di)月之間平(ping)均單程(cheng)距離(li)約(yue)為38萬公(gong)里，走一(yi)個(ge)來回(hui)將近80萬公(gong)里，月球(qiu)樣(yang)品中(zhong)究竟有哪(na)(na)些奧秘(mi)值(zhi)得我(wo)們如此費力去挖掘？回(hui)望歷史，人類(lei)在(zai)去月球(qiu)“挖土”這件事上取(qu)得過哪(na)(na)些成就？本次我(wo)國(guo)嫦娥五號任務(wu)從取(qu)樣(yang)地(di)點(dian)到采樣(yang)重量上會有哪(na)(na)些特別之處呢？
月壤雖是土，價值抵萬金
“月壤即月球(qiu)(qiu)的(de)(de)土壤，雖然在(zai)月球(qiu)(qiu)上唾手可(ke)(ke)得，但是(shi)對(dui)地(di)球(qiu)(qiu)人來說卻(que)蘊藏著(zhu)巨(ju)大的(de)(de)科(ke)學價(jia)值。”中國地(di)質(zhi)(zhi)大學（武漢）行(xing)星科(ke)學研究所(suo)教(jiao)授肖龍說，月壤是(shi)研究月球(qiu)(qiu)的(de)(de)樣本，由月球(qiu)(qiu)巖石(shi)在(zai)遭受(shou)隕石(shi)撞擊(ji)、太陽風轟(hong)擊(ji)和宇宙射線(xian)輻(fu)射等(deng)空間風化作用后形成，其中有(you)大量的(de)(de)月球(qiu)(qiu)巖石(shi)碎(sui)塊、礦物及隕石(shi)等(deng)物質(zhi)(zhi)。科(ke)學家通過(guo)研究這些月壤物質(zhi)(zhi)，既可(ke)(ke)以了(le)解月球(qiu)(qiu)的(de)(de)地(di)質(zhi)(zhi)演化歷史，也可(ke)(ke)以為了(le)解太陽活動(dong)等(deng)提供(gong)必要的(de)(de)信息。
“探(tan)測(ce)月(yue)球(qiu)有(you)3種常用(yong)方法(fa)。”全國空間探(tan)測(ce)首席科學傳播專家(jia)龐之浩表示(shi)，一是(shi)(shi)環繞探(tan)測(ce)，主(zhu)要(yao)用(yong)于對月(yue)球(qiu)進(jin)行(xing)綜合性(xing)普查(cha)(cha)；二是(shi)(shi)著(zhu)陸和巡視探(tan)測(ce)，主(zhu)要(yao)用(yong)于對月(yue)球(qiu)進(jin)行(xing)區域性(xing)詳查(cha)(cha)；三是(shi)(shi)采樣返回(hui)探(tan)測(ce)，主(zhu)要(yao)用(yong)于對月(yue)球(qiu)進(jin)行(xing)區域性(xing)精查(cha)(cha)。相比(bi)前(qian)兩種方法(fa)，采樣返回(hui)探(tan)測(ce)，可以將月(yue)球(qiu)的月(yue)壤(rang)等關鍵性(xing)樣品運回(hui)地面實驗(yan)室供科學家(jia)進(jin)行(xing)精準分析研究，有(you)利于進(jin)一步(bu)了解月(yue)球(qiu)的狀態(tai)、溫度、物質含(han)量等重要(yao)信息，深(shen)化(hua)對月(yue)壤(rang)、月(yue)殼和月(yue)球(qiu)形成演(yan)化(hua)的認識。
龐之(zhi)浩(hao)表示，從(cong)技(ji)術層面看，3種空間探(tan)測(ce)方式有明顯(xian)的(de)(de)遞進關(guan)(guan)系(xi)，每(mei)一(yi)(yi)(yi)(yi)步(bu)都是對前(qian)一(yi)(yi)(yi)(yi)步(bu)的(de)(de)深(shen)化，并同時(shi)為下一(yi)(yi)(yi)(yi)步(bu)奠定基(ji)(ji)礎，最終達(da)到全面、深(shen)入了解月球(qiu)的(de)(de)目的(de)(de)。完成月球(qiu)取樣返(fan)回任務，需要經歷一(yi)(yi)(yi)(yi)個全面、精細、深(shen)入的(de)(de)科學探(tan)測(ce)過程，可以突破(po)一(yi)(yi)(yi)(yi)系(xi)列(lie)關(guan)(guan)鍵技(ji)術，并為今后載(zai)人登月和(he)月球(qiu)基(ji)(ji)地選址等提供有關(guan)(guan)數據、奠定技(ji)術基(ji)(ji)礎。
“挖土”有魅力，各國都很拼
“冷戰期間，當時的(de)航天超(chao)級大國美(mei)國和蘇聯(lian)(lian)都很熱衷于去月球(qiu)(qiu)采樣。”龐之(zhi)浩介紹，蘇聯(lian)(lian)月球(qiu)(qiu)16號探測(ce)器(qi)從(cong)月球(qiu)(qiu)豐饒海(hai)取回了一(yi)塊101克的(de)小樣本。月球(qiu)(qiu)20號探測(ce)器(qi)和月球(qiu)(qiu)24號探測(ce)器(qi)則分(fen)別從(cong)阿波(bo)羅尼厄斯(si)高(gao)地(di)和月球(qiu)(qiu)危海(hai)采集到了55克與170克樣品(pin)。
“載人飛船從月球(qiu)采樣返回，不(bu)僅采集量大、選(xuan)擇性強(qiang)，而且采集范圍可以很廣，因為航天員可以到艙外活動(dong)，還(huan)能乘月球(qiu)車漫游到比較遠(yuan)的(de)地方去采集月球(qiu)樣品(pin)。例如美國(guo)阿波羅系列任務采樣位置的(de)地理分(fen)布、地質特征就(jiu)非(fei)常豐(feng)富。”龐之浩(hao)說(shuo)。
1969年(nian)(nian)7月(yue)至(zhi)1972年(nian)(nian)12月(yue)，美(mei)國通過(guo)阿(a)波羅11號(hao)到阿(a)波羅17號(hao)載人飛(fei)船實施(shi)了(le)7次載人登月(yue)任務(wu)，除了(le)阿(a)波羅13號(hao)因發生故障中途(tu)返回(hui)(hui)，其余6艘飛(fei)船皆(jie)完成(cheng)登月(yue)，成(cheng)功將(jiang)12名航天員送上月(yue)球，共帶回(hui)(hui)月(yue)壤和月(yue)巖樣品約(yue)381.7千克。
據(ju)介紹，阿波羅(luo)11號著陸在月球赤道附近的寧靜之海(hai)，選擇這個(ge)地點(dian)的原(yuan)因是這里(li)比較平坦，便于飛船(chuan)降(jiang)落和宇航員(yuan)艙外(wai)活動。
阿波羅(luo)12號與阿波羅(luo)14號均(jun)著(zhu)陸在月球赤道平(ping)原上，前(qian)者著(zhu)陸于(yu)(yu)風暴海，后者降落在位(wei)于(yu)(yu)距離阿波羅(luo)12號著(zhu)陸地右(you)側177公里的哥(ge)白尼隕石(shi)坑。
阿波(bo)羅15號(hao)著陸(lu)在月球北半球中(zhong)部(bu)阿基(ji)米德隕石(shi)坑東(dong)南(nan)的(de)亞平寧山(shan)脈腳下(xia)，而阿波(bo)羅16號(hao)則是(shi)人類第一次在月球赤道(dao)以南(nan)的(de)中(zhong)部(bu)高(gao)地(di)西奧菲勒(le)斯隕石(shi)坑附近著陸(lu)。
阿波羅17號則在月(yue)球(qiu)北半球(qiu)的(de)陶(tao)勒斯-利特羅山谷著陸，該地(di)既可(ke)以(yi)(yi)從谷底(di)采(cai)集(ji)較(jiao)為年輕的(de)巖石樣本，也可(ke)以(yi)(yi)從月(yue)球(qiu)高地(di)采(cai)集(ji)較(jiao)老的(de)巖石樣本。
“通過(guo)對(dui)月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)樣品(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)析，科學家們(men)取得(de)了豐(feng)碩的(de)(de)(de)(de)(de)成果(guo)。”龐(pang)之浩說，科研(yan)人(ren)員通過(guo)研(yan)究(jiu)發現，月(yue)(yue)壤中(zhong)含(han)有大量(liang)微小的(de)(de)(de)(de)(de)橘(ju)紅色玻璃(li)形式(shi)顆粒(li)，這些顆粒(li)一(yi)般(ban)富含(han)鋁、硫和鋅，它們(men)是在月(yue)(yue)幔部分(fen)融化(hua)(hua)過(guo)程中(zhong)，于月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)表(biao)面(mian)(mian)下約(yue)(yue)300千米(mi)深(shen)處(chu)形成，因火山(shan)活動而噴出到月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)表(biao)面(mian)(mian)。通過(guo)對(dui)樣品(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)析與實驗(yan)證實，月(yue)(yue)壤和月(yue)(yue)巖(yan)中(zhong)氧化(hua)(hua)鐵的(de)(de)(de)(de)(de)含(han)量(liang)很高(gao)，從(cong)中(zhong)可以制(zhi)取水和氧，未來可利用月(yue)(yue)面(mian)(mian)物質(zhi)支持月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)基地(di)的(de)(de)(de)(de)(de)運行(xing)，并為(wei)登月(yue)(yue)飛行(xing)器補充燃(ran)料(liao)。更重要的(de)(de)(de)(de)(de)是，科學家還(huan)在采集回(hui)來的(de)(de)(de)(de)(de)樣品(pin)中(zhong)發現了核聚變的(de)(de)(de)(de)(de)理想原料(liao)氦-3。按(an)照目前地(di)球(qiu)(qiu)的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)源消耗規模，月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)上的(de)(de)(de)(de)(de)氦-3用于核聚變發電后能(neng)夠滿足人(ren)類約(yue)(yue)1萬年的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)源需求。
嫦娥有特色，選址位置新
“我國(guo)(guo)嫦娥(e)五號(hao)對月(yue)壤(rang)的(de)采(cai)樣能力更(geng)強。”龐之浩(hao)表示，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(ge)無人月(yue)球(qiu)(qiu)探(tan)(tan)測(ce)器進行了3次月(yue)球(qiu)(qiu)采(cai)樣返回(hui)任(ren)務(wu)，帶(dai)回(hui)的(de)月(yue)球(qiu)(qiu)土壤(rang)樣品僅約330克(ke)(ke)，而我國(guo)(guo)僅嫦娥(e)五號(hao)1個(ge)探(tan)(tan)測(ce)器就計(ji)劃帶(dai)回(hui)2千克(ke)(ke)月(yue)球(qiu)(qiu)樣品。
據龐之浩介紹(shao)，采(cai)(cai)(cai)(cai)樣重(zhong)量(liang)會出現這(zhe)么大(da)的差別，是(shi)因為當時的蘇聯(lian)尚未(wei)掌握(wo)月(yue)球(qiu)軌(gui)道無人(ren)(ren)交(jiao)會對接(jie)技術(shu)，所以其(qi)3次無人(ren)(ren)月(yue)球(qiu)采(cai)(cai)(cai)(cai)樣任務采(cai)(cai)(cai)(cai)用(yong)的都是(shi)月(yue)面起飛直接(jie)返(fan)(fan)(fan)回地球(qiu)方(fang)案，這(zhe)樣其(qi)上升器需要克服返(fan)(fan)(fan)回艙(cang)與(yu)大(da)量(liang)燃料帶來的巨(ju)大(da)負重(zhong)，因此(ci)極大(da)壓縮了采(cai)(cai)(cai)(cai)樣重(zhong)量(liang)。而嫦(chang)娥五號計劃采(cai)(cai)(cai)(cai)用(yong)具有世界領先水平的月(yue)球(qiu)軌(gui)道無人(ren)(ren)對接(jie)方(fang)案轉(zhuan)移(yi)月(yue)壤(rang)，上升器不用(yong)搭載返(fan)(fan)(fan)回艙(cang)，只需少(shao)量(liang)燃料，因此(ci)采(cai)(cai)(cai)(cai)樣重(zhong)量(liang)呈(cheng)幾何級提高。
另(ling)據相(xiang)關報(bao)道，嫦娥五(wu)號的(de)(de)取樣(yang)地址也很有(you)特色，具有(you)很高(gao)的(de)(de)研究價值。嫦娥五(wu)號將在月球(qiu)正面最大(da)的(de)(de)月海風暴(bao)洋北部呂(lv)姆(mu)克山(shan)脈附(fu)近著(zhu)陸(lu)，此地從未(wei)有(you)其他(ta)國家的(de)(de)探(tan)測器到(dao)訪過(guo)。風暴(bao)洋相(xiang)對(dui)較(jiao)年(nian)輕(qing)，富集鈾、釷、鉀等放射(she)性元(yuan)素(su)，該地存在大(da)約13億(yi)至20億(yi)年(nian)前的(de)(de)玄武(wu)巖，獲得這些年(nian)輕(qing)玄武(wu)巖的(de)(de)同(tong)位素(su)年(nian)齡，將有(you)助于推進(jin)對(dui)月球(qiu)火山(shan)活動(dong)和演化(hua)歷史的(de)(de)認識。
正如11月(yue)5日(ri)國際頂尖(jian)科(ke)學期刊《自然(ran)》刊文所言，嫦(chang)(chang)娥五(wu)號(hao)可以填補科(ke)學家對(dui)月(yue)球(qiu)(qiu)火(huo)山活動研究的(de)(de)(de)(de)一個重要空白。此前(qian)對(dui)美、蘇獲取(qu)月(yue)壤(rang)樣品(pin)的(de)(de)(de)(de)研究表明，月(yue)球(qiu)(qiu)上的(de)(de)(de)(de)火(huo)山活動在35億(yi)年(nian)前(qian)達到頂峰，然(ran)后減弱并(bing)停止。但對(dui)月(yue)球(qiu)(qiu)表面的(de)(de)(de)(de)觀測發(fa)現，某些(xie)區域可能含(han)有(you)最近10至20億(yi)年(nian)前(qian)才(cai)形成的(de)(de)(de)(de)火(huo)山熔巖，這(zhe)與嫦(chang)(chang)娥五(wu)號(hao)著(zhu)陸地區的(de)(de)(de)(de)年(nian)齡相仿(fang)。如果(guo)嫦(chang)(chang)娥五(wu)號(hao)采回的(de)(de)(de)(de)樣本能夠證實這(zhe)段(duan)時間月(yue)球(qiu)(qiu)仍(reng)在活動，將(jiang)改寫月(yue)球(qiu)(qiu)的(de)(de)(de)(de)歷史。
【責任編(bian)輯：趙藝涵】