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嫦娥五号：我们为什么要去月亮上“挖土”？

原始标题：嫦娥五号年内升空 我们为什么要去月亮上“挖土”？为了纪念人类首次成功登月 ， 每年7月20日被定为人类月球日 。 而时隔半个世纪 ， 中国也要采集月壤了——本报采访人员 付毅飞近日 ， 随着火星探测窗口期临近 ， 各国探火项目都已蓄势待发 。 事实上 ， 人类对于深空的探索热情从没有减弱过 ， 无论是对火星 ， 还是距离我们最近的天体——月球 。1969年7月20日20时17分43秒 ， 阿波罗11号飞船降落在月球静海地区 。 美国宇航员阿姆斯特朗在月球表面踩下了深深的印记 ， 这是人类首次成功登月 。 为了纪念这个激动人心的时刻 ， 每年7月20日被定为人类月球日 。不过 ， 阿波罗计划在科学领域最大的贡献并非阿姆斯特朗的脚印 ， 而是带回了来自月球的岩石 。 从1969年到1972年 ， 美国共完成6次载人登月 ， 共带回约382公斤月球样品 ， 获取了大量科学成果 。时隔半个世纪 ， 中国终于也要采集月壤了 。 按照计划 ， 我国将于2020年10月底发射嫦娥五号探测器 ， 通过铲取、钻取两种方式 ， 采集月球样品并带回地球 。我们为什么要万里迢迢去月亮上“挖土”？这些样品能发挥什么作用？今天 ， 我们一起去探寻 。不仅仅带来月球新认识几十年前 ， 随着美国、苏联相继从月球获取样本 ， 几千年来人们只能仰望、猜测的月球 ， 被拉到了科学家的显微镜下 ， 其神秘面纱被层层揭开 。除了认识月球 ， 对这些样品的研究 ， 还帮助科学家确立了现代行星科学 ， 为认识各类行星的地质演化过程提供了参考 。美国史密森尼国家自然历史博物馆地质学家埃里克·贾文曾撰文表示 ， 来自月球的岩石彻底改变了我们对月球表面性质、月球起源以及太阳系演化三大问题的认识 。例如 ， 行星化学家分析了月球样本中的同位素组成 ， 发现这些岩石大多比地球岩石更古老 ， 年龄多在30亿到45亿年之间 。 随后他们建立了一套模型 ， 以此可以估算月球上任何位置的年龄 。中国科学院国家天文台研究员郑永春认为 ， 月壤是从月球固体岩石圈到太阳系空间的过渡带 ， 包含着相关区域的大量信息 。 对月壤的研究不仅涉及月球本身 ， 而且还包含太阳系空间物质和能量的重要信息 。 其中包括太阳系早期演化的历史记录、月岩和月壤的宇宙线暴露与辐照历史、月球中挥发分的脱气历史、太阳风的组成、太阳表层的成分特征、小天体和微陨石撞击月球的历史记录等 。美国国家航空航天局(NASA)阿波罗计划的样品负责人瑞安·齐格勒曾透露 ， 几十年间 ， NASA收到了3000多份研究特殊月球样品的申请 ， 来自十多个国家的500多名科学家提出了申请 。 NASA共向外发放5万多份月球样品 ， 供天文学、生物学、化学、工程学、材料科学、医学、地质学等不同领域的科学家进行研究 。1978年 ， 时任美国国家安全事务顾问布热津斯基访华时 ， 向中国赠送了1克月球样品 。 这块要用放大镜才能看清楚的石头被分成两半 ， 一半收藏在北京天文馆 ， 一半由中国月球探测工程首席科学家欧阳自远带领团队进行研究 。 “我们把它是什么 ， 它的年龄是多少 ， 它包含哪些东西 ， 全弄清楚了 。 ”欧阳自远说 ， 科研人员不仅判断出该样本是在阿波罗17号任务中采集的 ， 确认了采集地点 ， 甚至还分析出石头所在地区是否有阳光照射 。 根据对这块石头的研究 ， 他们共发表了40篇文章 。除了科学成果 ， 研究月球岩石对开发月球资源同样意义重大 。 全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩介绍 ， 研究月球样品的重要成果之一 ， 就是发现其中含有氦-3 ， 这让科学家极为兴奋 。氦-3是世界公认高效、清洁、安全的核聚变发电燃料 。 据计算 ， 100吨氦-3所能创造的能源 ， 相当于全世界一年消耗的能源总量 。 氦-3在地球上的蕴藏量极少 ， 全球已知且容易取用的只有500公斤左右 ， 而早期探测结果表明 ， 月球浅层的氦-3含量多达上百万吨 ， 足够解决人类的能源之忧 。 实际上 ， 随着人类对月球认识的加深 ， 科学家发现月球氦-3的总储量很可能更多 。中国月球采样不“烧钱”虽然月球样品为人类带来了重要的科研成果 ， 但在阿波罗计划中 ， 获取样品所要付出的代价也十分惊人 。 有人计算 ， 美国从月球拿回来的382公斤样品 ， 花费的成本相当于同等重量钻石的30多倍 。这并不奇怪 ， 因为阿波罗计划原本就是个很烧钱的项目 。 “当时有一种说法：每发射一艘用于登月的土星五号重型火箭 ， 相当于烧掉一艘航空母舰 。 ”中国航天科工集团第二研究院研究员杨宇光说 。庞之浩介绍 ， 一枚土星五号重型火箭造价高达5亿美元 ， 一艘阿波罗登月飞船比等重黄金贵十多倍 。 阿波罗计划历时11年 ， 耗资255亿美元 ， 为实施该计划 ， NASA每年预算占到美国政府总预算的4.5%左右 。而且 ， 阿波罗计划的主要目的是把宇航员送上月球 ， 采集样品只是航天员的“作业”之一 。 庞之浩认为 ， 由宇航员开展采样任务 ， 具有较强的灵活性 ， 可以有的放矢 。 同时宇航员可以进行移动式探测 ， 尤其是从阿波罗15号任务开始搭载的月球车 ， 其时速可达10公里左右 ， 能使宇航员的活动范围大大增加 。 不过 ， 载人任务不仅成本高 ， 技术复杂程度也大幅增加 。 虽然美国人半个世纪前就能将宇航员送上月球 ， 令人钦佩 ， 但杨宇光认为阿波罗工程技术途径比较冒进 ， 一些设备冗余做得很少 ， 从安全性角度来看十分冒险 。我国即将实施的嫦娥五号任务 ， 则是围绕月球采样返回的主要目标打造的无人探测任务 。 庞之浩表示 ， 中国探月工程一直循序渐进 ， 从无人到载人的发展比较科学 ， 成本也低得多 。 不过嫦娥五号探测器着陆后只能在原地开展作业 。据国家航天局探月与航天工程中心主任刘继忠此前透露 ， 嫦娥五号探测器的着陆地点为月球正面西北部的吕姆克山脉 。 欧阳自远曾介绍 ， 我国选择的着陆点距离阿波罗计划着陆点有上千公里距离 ， 将会迎来新的现象、新的发现 。将是人类在太空的“哨所”自1959年苏联发射“月球一号”拉开人类探月序幕至今 ， 人类共发射130多个月球探测器 ， 以环绕、着陆巡视 ， 甚至是撞击等方式对月球进行探测 。上世纪70年代中期 ， 美苏冷战形势逐渐缓和 。 苏联退出了载人登月竞争 ， 美国也从狂热中冷却 ， 停止了代价不菲的登月活动 。 此后近20年间 ， 全世界进入了深入研究探月意义的冷静思考阶段 。这段时期 ， 各国普遍认识到探月活动具有政治、社会、技术、科学和经济等多方面意义 。 因而此后人类的探月活动方向 ， 也由不惜代价服务于政治目的 ， 转变为将科学探索和经济利益相结合 ， 最终的目的是合理开发月球资源 。1994年1月25日 ， 美国发射了克莱门汀探测器 ， 获得了当时最详细的月球表面图像 ， 并发现月球南极可能存在大量水冰 。 这次任务也宣告了全球第二次探月热潮到来 。未来 ， 月球或将成为人类在太空中的“哨所” 。 庞之浩说 ， 继登月之后 ， “驻月”将成人类下一阶段的目标 。 从月球上开采的水资源可用于宇航员生活 ， 也可以分解成氢氧 ， 制成航天器所需的氢氧燃料 。 在月球两极的永久光照区 ， 可以建设太阳能电站提供资源 。 在月球背面可以建设科研站 ， 避开地球无线电干扰遥望星空 。 前文提及的氦-3 ， 或许在一段时期内很难便捷、廉价地运回地球 ， 但可以在月球建设核聚变电站直接利用 ， 将产生的电能以无线传输方式发送回地面 。届时 ， 月球基地不仅能为人类提供资源 ， 获取科学成果 ， 也将成为人类前往遥远深空的中转站 。来源：科技日报


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