文章來源：科技(ji)日(ri)報(bao) 發(fa)布時間：2021-11-23
九(jiu)天攬月(yue)星河(he)闊，十(shi)六春秋繞落回。11月(yue)17日，被(bei)稱為“胖五(wu)(wu)”的長(chang)征五(wu)(wu)號遙五(wu)(wu)運載火箭和嫦(chang)娥(e)五(wu)(wu)號探(tan)測器在中國文昌航天發(fa)射場完成技術區(qu)總裝測試工(gong)作后，垂直(zhi)轉運至發(fa)射區(qu)，計(ji)劃(hua)于11月(yue)下旬(xun)擇機實施(shi)發(fa)射。
本次(ci)嫦娥五(wu)號月(yue)(yue)球探測器計劃(hua)首次(ci)實現從月(yue)(yue)球的(de)采樣返回，把月(yue)(yue)壤(rang)或(huo)月(yue)(yue)巖等(deng)寶(bao)貴樣品(pin)帶回地球，屆時將有望為(wei)我國探月(yue)(yue)工程重大(da)科技專項“繞、落、回”三(san)步走發(fa)展戰略畫上一個圓(yuan)滿的(de)句號。
地月(yue)之(zhi)間平均單程(cheng)距離約為38萬公里，走一個來回將(jiang)近80萬公里，月(yue)球樣品中究竟有哪(na)些奧秘值得我們如此費(fei)力去(qu)挖(wa)掘？回望(wang)歷史，人類在(zai)去(qu)月(yue)球“挖(wa)土(tu)”這(zhe)件(jian)事(shi)上取得過哪(na)些成就？本次我國嫦娥(e)五號任務從取樣地點到采樣重量上會有哪(na)些特別之(zhi)處呢？
月壤雖是土，價值抵萬金
“月(yue)(yue)壤(rang)即月(yue)(yue)球(qiu)的土壤(rang)，雖然(ran)在月(yue)(yue)球(qiu)上唾手可得，但是(shi)對地球(qiu)人(ren)來說(shuo)(shuo)卻蘊藏著(zhu)巨(ju)大(da)的科(ke)學(xue)(xue)價(jia)值。”中(zhong)國地質大(da)學(xue)(xue)（武漢）行(xing)星科(ke)學(xue)(xue)研究所教授肖(xiao)龍(long)說(shuo)(shuo)，月(yue)(yue)壤(rang)是(shi)研究月(yue)(yue)球(qiu)的樣本，由月(yue)(yue)球(qiu)巖石在遭受隕(yun)石撞擊、太陽風轟擊和宇宙(zhou)射(she)線(xian)輻射(she)等(deng)空間風化(hua)作用后形成，其(qi)中(zhong)有大(da)量的月(yue)(yue)球(qiu)巖石碎塊、礦物及隕(yun)石等(deng)物質。科(ke)學(xue)(xue)家通過研究這些月(yue)(yue)壤(rang)物質，既(ji)可以了解月(yue)(yue)球(qiu)的地質演化(hua)歷史，也可以為(wei)了解太陽活(huo)動等(deng)提供必要(yao)的信息。
“探(tan)(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)月(yue)(yue)(yue)球有(you)3種常用(yong)(yong)方法(fa)。”全國空間探(tan)(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)首席科(ke)學傳播(bo)專家龐之浩表示，一(yi)(yi)是(shi)(shi)環繞探(tan)(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)，主要(yao)(yao)用(yong)(yong)于(yu)對(dui)(dui)月(yue)(yue)(yue)球進(jin)行(xing)綜合性(xing)(xing)普查(cha)；二是(shi)(shi)著陸和巡(xun)視(shi)探(tan)(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)，主要(yao)(yao)用(yong)(yong)于(yu)對(dui)(dui)月(yue)(yue)(yue)球進(jin)行(xing)區域性(xing)(xing)詳(xiang)查(cha)；三是(shi)(shi)采樣(yang)返(fan)回探(tan)(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)，主要(yao)(yao)用(yong)(yong)于(yu)對(dui)(dui)月(yue)(yue)(yue)球進(jin)行(xing)區域性(xing)(xing)精查(cha)。相比前兩種方法(fa)，采樣(yang)返(fan)回探(tan)(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)，可以將(jiang)月(yue)(yue)(yue)球的月(yue)(yue)(yue)壤等關鍵(jian)性(xing)(xing)樣(yang)品運回地面實(shi)驗室供科(ke)學家進(jin)行(xing)精準分析(xi)研究(jiu)，有(you)利于(yu)進(jin)一(yi)(yi)步了(le)解月(yue)(yue)(yue)球的狀態(tai)、溫度、物質含量等重要(yao)(yao)信息，深化(hua)對(dui)(dui)月(yue)(yue)(yue)壤、月(yue)(yue)(yue)殼和月(yue)(yue)(yue)球形成演化(hua)的認識。
龐之浩表示(shi)，從技術層面看，3種空間探測方式有明(ming)顯(xian)的(de)(de)遞(di)進(jin)關(guan)(guan)系，每(mei)一(yi)(yi)(yi)步都是對(dui)前一(yi)(yi)(yi)步的(de)(de)深(shen)(shen)化(hua)，并同時為下(xia)一(yi)(yi)(yi)步奠定基礎，最(zui)終達到(dao)全面、深(shen)(shen)入(ru)了解月(yue)球的(de)(de)目的(de)(de)。完成月(yue)球取樣(yang)返回任(ren)務(wu)，需要經歷一(yi)(yi)(yi)個全面、精(jing)細、深(shen)(shen)入(ru)的(de)(de)科學探測過程，可以突(tu)破一(yi)(yi)(yi)系列關(guan)(guan)鍵技術，并為今后載人登月(yue)和月(yue)球基地選址等提供有關(guan)(guan)數據、奠定技術基礎。
“挖土”有魅力，各國都很拼
“冷(leng)戰期間，當時的(de)航天超(chao)級大(da)國(guo)美國(guo)和(he)蘇(su)(su)聯都很(hen)熱衷(zhong)于去月(yue)球采(cai)樣(yang)(yang)。”龐之浩介(jie)紹，蘇(su)(su)聯月(yue)球16號探(tan)(tan)(tan)測器從月(yue)球豐饒海取(qu)回了(le)一(yi)塊101克的(de)小(xiao)樣(yang)(yang)本。月(yue)球20號探(tan)(tan)(tan)測器和(he)月(yue)球24號探(tan)(tan)(tan)測器則分別從阿波(bo)羅尼厄斯高地和(he)月(yue)球危海采(cai)集到了(le)55克與170克樣(yang)(yang)品。
“載人飛船從月球采(cai)樣返回，不僅采(cai)集(ji)量大、選擇(ze)性強，而且采(cai)集(ji)范圍可以(yi)很(hen)廣，因為(wei)航天員可以(yi)到(dao)艙外活動，還能(neng)乘月球車(che)漫游(you)到(dao)比較遠的地方去采(cai)集(ji)月球樣品。例如美國阿(a)波羅系(xi)列(lie)任務采(cai)樣位置的地理分布、地質(zhi)特征就(jiu)非常豐富。”龐之浩說(shuo)。
1969年(nian)(nian)7月(yue)(yue)至1972年(nian)(nian)12月(yue)(yue)，美國(guo)通過(guo)阿(a)(a)波羅(luo)11號到阿(a)(a)波羅(luo)17號載人飛船(chuan)實施了(le)7次載人登月(yue)(yue)任務，除了(le)阿(a)(a)波羅(luo)13號因發生故(gu)障中途返回，其余6艘飛船(chuan)皆完(wan)成登月(yue)(yue)，成功將(jiang)12名航天(tian)員送上月(yue)(yue)球，共(gong)帶(dai)回月(yue)(yue)壤和月(yue)(yue)巖樣品約381.7千克(ke)。
據介紹，阿波(bo)羅11號著(zhu)陸在月球赤道附近的(de)寧靜之(zhi)海，選擇這個地(di)點(dian)的(de)原因是這里比(bi)較平坦，便于飛船(chuan)降落和宇航員(yuan)艙(cang)外活動。
阿波(bo)羅12號與(yu)阿波(bo)羅14號均(jun)著(zhu)陸在月球赤道(dao)平(ping)原(yuan)上(shang)，前者(zhe)著(zhu)陸于風暴(bao)海，后(hou)者(zhe)降(jiang)落在位于距離阿波(bo)羅12號著(zhu)陸地右側177公里的哥白尼(ni)隕石坑。
阿(a)波羅15號著(zhu)陸在(zai)月球(qiu)北(bei)半(ban)球(qiu)中部(bu)阿(a)基米德隕(yun)(yun)石坑(keng)東南的(de)(de)亞平寧山(shan)脈腳下，而阿(a)波羅16號則是人類第一次在(zai)月球(qiu)赤道以南的(de)(de)中部(bu)高地(di)西奧菲勒斯(si)隕(yun)(yun)石坑(keng)附近(jin)著(zhu)陸。
阿(a)波羅(luo)17號則在月球(qiu)北(bei)半球(qiu)的陶勒(le)斯-利特(te)羅(luo)山谷著陸(lu)，該地既可(ke)以從(cong)谷底采(cai)集較為年輕的巖(yan)石樣本(ben)，也可(ke)以從(cong)月球(qiu)高(gao)地采(cai)集較老的巖(yan)石樣本(ben)。
“通過對月(yue)(yue)(yue)球樣品的(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)析(xi)，科學(xue)家們(men)取得(de)了(le)豐(feng)碩的(de)(de)(de)(de)(de)成果(guo)。”龐之浩說，科研(yan)(yan)人員通過研(yan)(yan)究發現，月(yue)(yue)(yue)壤中(zhong)含(han)有(you)大(da)量微(wei)小的(de)(de)(de)(de)(de)橘紅色玻璃形(xing)式顆粒，這些顆粒一般(ban)富(fu)含(han)鋁(lv)、硫和(he)鋅，它們(men)是在(zai)月(yue)(yue)(yue)幔部(bu)分(fen)融化過程(cheng)中(zhong)，于(yu)(yu)月(yue)(yue)(yue)球表面下約300千米(mi)深處形(xing)成，因(yin)火(huo)山(shan)活動而噴(pen)出到月(yue)(yue)(yue)球表面。通過對樣品的(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)析(xi)與實(shi)驗證實(shi)，月(yue)(yue)(yue)壤和(he)月(yue)(yue)(yue)巖(yan)中(zhong)氧(yang)化鐵的(de)(de)(de)(de)(de)含(han)量很高，從中(zhong)可(ke)以制取水和(he)氧(yang)，未來可(ke)利用(yong)月(yue)(yue)(yue)面物(wu)質(zhi)支持(chi)月(yue)(yue)(yue)球基(ji)地的(de)(de)(de)(de)(de)運行，并為(wei)登月(yue)(yue)(yue)飛行器補充(chong)燃料(liao)。更重要的(de)(de)(de)(de)(de)是，科學(xue)家還在(zai)采集回來的(de)(de)(de)(de)(de)樣品中(zhong)發現了(le)核聚(ju)變的(de)(de)(de)(de)(de)理想(xiang)原料(liao)氦(hai)-3。按(an)照目前地球的(de)(de)(de)(de)(de)能源消(xiao)耗(hao)規模(mo)，月(yue)(yue)(yue)球上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)氦(hai)-3用(yong)于(yu)(yu)核聚(ju)變發電后能夠(gou)滿足人類約1萬年的(de)(de)(de)(de)(de)能源需求(qiu)。
嫦娥有特色，選址位置新
“我國(guo)嫦(chang)(chang)娥五(wu)號(hao)(hao)對月(yue)(yue)(yue)壤的(de)采樣(yang)(yang)能力(li)更強。”龐之(zhi)浩表示，蘇(su)聯月(yue)(yue)(yue)球(qiu)16號(hao)(hao)、月(yue)(yue)(yue)球(qiu)20號(hao)(hao)和(he)月(yue)(yue)(yue)球(qiu)24號(hao)(hao)3個無人月(yue)(yue)(yue)球(qiu)探測器進行了3次(ci)月(yue)(yue)(yue)球(qiu)采樣(yang)(yang)返回(hui)任務，帶(dai)回(hui)的(de)月(yue)(yue)(yue)球(qiu)土壤樣(yang)(yang)品(pin)僅約330克(ke)，而我國(guo)僅嫦(chang)(chang)娥五(wu)號(hao)(hao)1個探測器就計劃帶(dai)回(hui)2千克(ke)月(yue)(yue)(yue)球(qiu)樣(yang)(yang)品(pin)。
據(ju)龐之浩介紹，采(cai)樣(yang)重(zhong)量會(hui)出現(xian)這(zhe)(zhe)么(me)大(da)的差(cha)別，是因(yin)為當時的蘇聯(lian)尚(shang)未掌握月(yue)(yue)球(qiu)軌道無(wu)人交會(hui)對接技術，所(suo)以其3次無(wu)人月(yue)(yue)球(qiu)采(cai)樣(yang)任務采(cai)用(yong)的都(dou)是月(yue)(yue)面起(qi)飛直接返回地(di)球(qiu)方案(an)，這(zhe)(zhe)樣(yang)其上升(sheng)器需(xu)要克服(fu)返回艙(cang)與大(da)量燃(ran)料帶來的巨大(da)負(fu)重(zhong)，因(yin)此(ci)極大(da)壓縮了采(cai)樣(yang)重(zhong)量。而嫦娥五號計劃采(cai)用(yong)具有世界領先水平的月(yue)(yue)球(qiu)軌道無(wu)人對接方案(an)轉(zhuan)移(yi)月(yue)(yue)壤，上升(sheng)器不用(yong)搭(da)載(zai)返回艙(cang)，只(zhi)需(xu)少(shao)量燃(ran)料，因(yin)此(ci)采(cai)樣(yang)重(zhong)量呈(cheng)幾何級提(ti)高。
另據相關報道，嫦娥五號的(de)(de)取樣地(di)址也很(hen)有(you)特色，具有(you)很(hen)高的(de)(de)研究價值。嫦娥五號將在(zai)月(yue)(yue)球正面最(zui)大(da)的(de)(de)月(yue)(yue)海風暴洋(yang)北部呂姆克(ke)山(shan)脈附(fu)近(jin)著陸，此地(di)從(cong)未(wei)有(you)其(qi)他國家的(de)(de)探測(ce)器到訪過。風暴洋(yang)相對較年輕(qing)，富集鈾(you)、釷、鉀等放射(she)性(xing)元(yuan)素(su)，該(gai)地(di)存在(zai)大(da)約13億至(zhi)20億年前的(de)(de)玄武(wu)巖，獲得(de)這些(xie)年輕(qing)玄武(wu)巖的(de)(de)同(tong)位素(su)年齡，將有(you)助于推進對月(yue)(yue)球火山(shan)活動(dong)和演化歷史的(de)(de)認識(shi)。
正如(ru)11月(yue)(yue)(yue)5日國際(ji)頂尖科學(xue)(xue)期刊《自然(ran)(ran)》刊文(wen)所言，嫦(chang)(chang)娥五(wu)號可(ke)以(yi)填(tian)補(bu)科學(xue)(xue)家對月(yue)(yue)(yue)球(qiu)(qiu)火山(shan)活(huo)動研(yan)究的(de)一(yi)個重要空白。此前對美、蘇獲取(qu)月(yue)(yue)(yue)壤樣品的(de)研(yan)究表明，月(yue)(yue)(yue)球(qiu)(qiu)上(shang)的(de)火山(shan)活(huo)動在35億年前達到頂峰(feng)，然(ran)(ran)后減弱并停止(zhi)。但(dan)對月(yue)(yue)(yue)球(qiu)(qiu)表面的(de)觀測(ce)發現，某些區域可(ke)能含有(you)最近10至(zhi)20億年前才形成的(de)火山(shan)熔巖，這(zhe)與嫦(chang)(chang)娥五(wu)號著陸地區的(de)年齡相仿。如(ru)果嫦(chang)(chang)娥五(wu)號采回(hui)的(de)樣本(ben)能夠證(zheng)實(shi)這(zhe)段時間(jian)月(yue)(yue)(yue)球(qiu)(qiu)仍在活(huo)動，將改寫月(yue)(yue)(yue)球(qiu)(qiu)的(de)歷史。
【責任編輯：趙藝涵(han)】