文章來源：科技日報(bao) 發布時(shi)間：2021-11-23
九天(tian)攬月(yue)星河闊，十六春秋繞落回(hui)。11月(yue)17日(ri)，被稱為(wei)“胖五”的長征五號(hao)遙五運載火箭和嫦娥五號(hao)探測器在中國(guo)文(wen)昌航天(tian)發射場(chang)完(wan)成技術區總裝測試工作后，垂直轉運至發射區，計(ji)劃于11月(yue)下旬擇機(ji)實施發射。
本次嫦娥(e)五號(hao)(hao)月球探測器計劃首次實現從月球的采樣返回(hui)，把月壤或(huo)月巖等寶貴樣品(pin)帶回(hui)地球，屆時將有望為我國探月工程(cheng)重(zhong)大(da)科技(ji)專項“繞、落、回(hui)”三步走發(fa)展(zhan)戰(zhan)略畫上一個圓滿的句號(hao)(hao)。
地月(yue)之間(jian)平(ping)均單(dan)程距離約為(wei)38萬公里(li)(li)，走一(yi)個來回將(jiang)近80萬公里(li)(li)，月(yue)球(qiu)樣(yang)品中究(jiu)竟有哪(na)些奧秘值得我們如(ru)此費力去挖掘？回望歷史，人類在去月(yue)球(qiu)“挖土”這件(jian)事上(shang)取(qu)得過哪(na)些成就？本次我國(guo)嫦(chang)娥五號任務從(cong)取(qu)樣(yang)地點到采樣(yang)重量(liang)上(shang)會有哪(na)些特別之處呢(ni)？
月壤雖是土，價值抵萬金
“月(yue)(yue)壤即月(yue)(yue)球(qiu)的(de)土壤，雖然在月(yue)(yue)球(qiu)上唾手(shou)可得，但是對地球(qiu)人來說(shuo)卻(que)蘊(yun)藏著巨大(da)(da)的(de)科學價值。”中國地質(zhi)大(da)(da)學（武漢）行(xing)星科學研(yan)究(jiu)所教授肖(xiao)龍說(shuo)，月(yue)(yue)壤是研(yan)究(jiu)月(yue)(yue)球(qiu)的(de)樣本，由月(yue)(yue)球(qiu)巖石在遭受隕石撞擊(ji)、太陽風轟(hong)擊(ji)和宇(yu)宙射線輻(fu)射等(deng)空(kong)間風化作用后形成(cheng)，其(qi)中有大(da)(da)量的(de)月(yue)(yue)球(qiu)巖石碎塊、礦(kuang)物(wu)及隕石等(deng)物(wu)質(zhi)。科學家通(tong)過研(yan)究(jiu)這些月(yue)(yue)壤物(wu)質(zhi)，既(ji)可以了解(jie)月(yue)(yue)球(qiu)的(de)地質(zhi)演化歷史，也可以為了解(jie)太陽活動等(deng)提供必要的(de)信息。
“探測月(yue)(yue)(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)有(you)3種(zhong)常用(yong)(yong)方法(fa)。”全國(guo)空間探測首席科學(xue)傳播專家龐(pang)之浩表(biao)示，一是環繞探測，主(zhu)要(yao)用(yong)(yong)于對月(yue)(yue)(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)進(jin)行(xing)綜(zong)合性(xing)普查；二是著陸和巡視探測，主(zhu)要(yao)用(yong)(yong)于對月(yue)(yue)(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)進(jin)行(xing)區域性(xing)詳查；三是采樣(yang)返(fan)回探測，主(zhu)要(yao)用(yong)(yong)于對月(yue)(yue)(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)進(jin)行(xing)區域性(xing)精(jing)查。相比前(qian)兩種(zhong)方法(fa)，采樣(yang)返(fan)回探測，可以將月(yue)(yue)(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)的(de)(de)月(yue)(yue)(yue)壤(rang)等關鍵(jian)性(xing)樣(yang)品運回地面實驗室(shi)供科學(xue)家進(jin)行(xing)精(jing)準分析研究，有(you)利于進(jin)一步(bu)了解月(yue)(yue)(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)的(de)(de)狀(zhuang)態、溫度、物質含量等重要(yao)信息，深化(hua)對月(yue)(yue)(yue)壤(rang)、月(yue)(yue)(yue)殼和月(yue)(yue)(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)形成演化(hua)的(de)(de)認識。
龐之浩表示(shi)，從技(ji)術(shu)層(ceng)面(mian)看，3種(zhong)空間(jian)探(tan)測(ce)方式有明顯的(de)(de)遞進關(guan)系，每一(yi)步(bu)(bu)都是對前一(yi)步(bu)(bu)的(de)(de)深(shen)(shen)(shen)化，并同時為下一(yi)步(bu)(bu)奠定(ding)基(ji)礎(chu)，最終達(da)到全面(mian)、深(shen)(shen)(shen)入了解月球的(de)(de)目(mu)的(de)(de)。完成月球取(qu)樣返回任務，需要經歷一(yi)個(ge)全面(mian)、精(jing)細、深(shen)(shen)(shen)入的(de)(de)科(ke)學探(tan)測(ce)過程，可以突破一(yi)系列關(guan)鍵技(ji)術(shu)，并為今后載人登月和月球基(ji)地(di)選址等(deng)提供有關(guan)數據、奠定(ding)技(ji)術(shu)基(ji)礎(chu)。
“挖土”有魅力，各國都很拼
“冷戰期(qi)間，當時的航天超級大國(guo)美(mei)國(guo)和(he)蘇(su)聯(lian)都很熱衷于去月球(qiu)采(cai)樣(yang)。”龐(pang)之浩(hao)介紹，蘇(su)聯(lian)月球(qiu)16號(hao)探測(ce)(ce)器從月球(qiu)豐(feng)饒海(hai)取回了一塊(kuai)101克的小樣(yang)本。月球(qiu)20號(hao)探測(ce)(ce)器和(he)月球(qiu)24號(hao)探測(ce)(ce)器則分(fen)別(bie)從阿(a)波羅尼厄斯高地和(he)月球(qiu)危海(hai)采(cai)集到了55克與170克樣(yang)品。
“載人飛船從月(yue)球采(cai)樣(yang)返回(hui)，不僅采(cai)集量大、選擇性強，而且(qie)采(cai)集范(fan)圍可以很廣，因(yin)為航天員可以到艙(cang)外活動，還能乘月(yue)球車(che)漫游到比較遠(yuan)的(de)地(di)方去采(cai)集月(yue)球樣(yang)品。例如美國阿波羅系列任務采(cai)樣(yang)位置的(de)地(di)理分(fen)布、地(di)質特征就非常豐富。”龐之浩說。
1969年7月(yue)至(zhi)1972年12月(yue)，美(mei)國通過阿波(bo)羅11號到阿波(bo)羅17號載人飛(fei)船實施(shi)了7次載人登月(yue)任務(wu)，除了阿波(bo)羅13號因發(fa)生故障中途返回，其余6艘飛(fei)船皆完(wan)成登月(yue)，成功將(jiang)12名航天員送上(shang)月(yue)球，共(gong)帶(dai)回月(yue)壤和月(yue)巖樣品約381.7千克。
據介紹，阿波(bo)羅11號著(zhu)陸(lu)在月球(qiu)赤道附近的寧靜(jing)之海，選(xuan)擇這個地點的原因(yin)是這里比(bi)較平(ping)坦，便于飛船降(jiang)落(luo)和宇(yu)航員艙外活(huo)動。
阿(a)(a)波(bo)(bo)羅(luo)12號(hao)與(yu)阿(a)(a)波(bo)(bo)羅(luo)14號(hao)均著(zhu)(zhu)陸(lu)在月球赤(chi)道平原上，前(qian)者著(zhu)(zhu)陸(lu)于(yu)風暴海(hai)，后者降落在位于(yu)距(ju)離阿(a)(a)波(bo)(bo)羅(luo)12號(hao)著(zhu)(zhu)陸(lu)地右側177公里(li)的哥白尼隕石坑。
阿(a)波羅15號著(zhu)(zhu)陸在月球北半球中部(bu)阿(a)基米德隕石(shi)坑(keng)東南的亞(ya)平寧山脈腳下，而阿(a)波羅16號則是(shi)人類第一(yi)次(ci)在月球赤道以南的中部(bu)高地西奧菲(fei)勒斯隕石(shi)坑(keng)附近(jin)著(zhu)(zhu)陸。
阿(a)波羅(luo)17號(hao)則在月(yue)球(qiu)北半球(qiu)的(de)陶勒斯-利特羅(luo)山(shan)谷(gu)(gu)著陸，該(gai)地(di)既可以從(cong)谷(gu)(gu)底采(cai)集(ji)較為年輕的(de)巖石(shi)(shi)樣(yang)本，也可以從(cong)月(yue)球(qiu)高地(di)采(cai)集(ji)較老(lao)的(de)巖石(shi)(shi)樣(yang)本。
“通(tong)過(guo)對月(yue)(yue)(yue)球(qiu)樣品(pin)的(de)(de)(de)分析，科學家們取得了豐(feng)碩(shuo)的(de)(de)(de)成果。”龐(pang)之浩(hao)說(shuo)，科研人(ren)員通(tong)過(guo)研究發(fa)現(xian)，月(yue)(yue)(yue)壤(rang)(rang)中(zhong)含(han)有大量微小的(de)(de)(de)橘紅色玻璃形式(shi)顆(ke)粒，這(zhe)些顆(ke)粒一般富含(han)鋁、硫和(he)鋅，它們是在月(yue)(yue)(yue)幔部分融化過(guo)程中(zhong)，于月(yue)(yue)(yue)球(qiu)表(biao)面(mian)下約(yue)300千米深處(chu)形成，因火山活(huo)動而噴出到月(yue)(yue)(yue)球(qiu)表(biao)面(mian)。通(tong)過(guo)對樣品(pin)的(de)(de)(de)分析與實驗證實，月(yue)(yue)(yue)壤(rang)(rang)和(he)月(yue)(yue)(yue)巖中(zhong)氧化鐵的(de)(de)(de)含(han)量很高，從(cong)中(zhong)可以制取水和(he)氧，未來(lai)可利用(yong)月(yue)(yue)(yue)面(mian)物質支持月(yue)(yue)(yue)球(qiu)基地(di)的(de)(de)(de)運(yun)行(xing)，并為登月(yue)(yue)(yue)飛行(xing)器補(bu)充燃(ran)料。更重(zhong)要的(de)(de)(de)是，科學家還(huan)在采集回來(lai)的(de)(de)(de)樣品(pin)中(zhong)發(fa)現(xian)了核聚(ju)變的(de)(de)(de)理想原(yuan)料氦-3。按照(zhao)目前地(di)球(qiu)的(de)(de)(de)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)消耗規模(mo)，月(yue)(yue)(yue)球(qiu)上的(de)(de)(de)氦-3用(yong)于核聚(ju)變發(fa)電后能(neng)(neng)(neng)夠滿(man)足人(ren)類約(yue)1萬年的(de)(de)(de)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)需求。
嫦娥有特色，選址位置新
“我國嫦娥五(wu)號對月(yue)(yue)壤的(de)采(cai)樣能力(li)更(geng)強。”龐之浩表示，蘇聯(lian)月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)16號、月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)20號和月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)24號3個無人月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)探測器進行了3次月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)采(cai)樣返回(hui)任務，帶回(hui)的(de)月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)土壤樣品僅(jin)(jin)約(yue)330克，而我國僅(jin)(jin)嫦娥五(wu)號1個探測器就計劃帶回(hui)2千克月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)樣品。
據龐之浩介紹，采(cai)(cai)樣(yang)重(zhong)量會(hui)出現這(zhe)么大的(de)(de)差(cha)別(bie)，是因(yin)為當時的(de)(de)蘇(su)聯尚未(wei)掌握月(yue)球(qiu)軌(gui)(gui)道無(wu)人(ren)交(jiao)會(hui)對接技術，所以其(qi)3次無(wu)人(ren)月(yue)球(qiu)采(cai)(cai)樣(yang)任務采(cai)(cai)用的(de)(de)都(dou)是月(yue)面起飛直接返(fan)回地(di)球(qiu)方(fang)案(an)，這(zhe)樣(yang)其(qi)上升器(qi)需(xu)要克服返(fan)回艙與(yu)大量燃料(liao)帶來的(de)(de)巨(ju)大負重(zhong)，因(yin)此(ci)極大壓縮(suo)了(le)采(cai)(cai)樣(yang)重(zhong)量。而嫦娥(e)五號(hao)計劃采(cai)(cai)用具有世界(jie)領(ling)先(xian)水平的(de)(de)月(yue)球(qiu)軌(gui)(gui)道無(wu)人(ren)對接方(fang)案(an)轉移(yi)月(yue)壤(rang)，上升器(qi)不(bu)用搭(da)載返(fan)回艙，只需(xu)少(shao)量燃料(liao)，因(yin)此(ci)采(cai)(cai)樣(yang)重(zhong)量呈幾何級提高。
另據(ju)相(xiang)關報道，嫦娥五(wu)(wu)號的(de)取樣地(di)址(zhi)也(ye)很有(you)特色，具有(you)很高的(de)研究價值(zhi)。嫦娥五(wu)(wu)號將在(zai)(zai)月球(qiu)正面最大的(de)月海風(feng)暴(bao)洋北(bei)部呂姆克山(shan)脈(mo)附近著陸，此地(di)從未有(you)其他國(guo)家的(de)探測(ce)器(qi)到(dao)訪過。風(feng)暴(bao)洋相(xiang)對(dui)較年(nian)輕，富集鈾、釷(tu)、鉀等放射性元素(su)，該地(di)存在(zai)(zai)大約13億(yi)至20億(yi)年(nian)前的(de)玄(xuan)武(wu)巖，獲得這些年(nian)輕玄(xuan)武(wu)巖的(de)同位素(su)年(nian)齡，將有(you)助于(yu)推進對(dui)月球(qiu)火山(shan)活動和演(yan)化(hua)歷史的(de)認識(shi)。
正如11月(yue)5日國際頂尖科學(xue)期刊(kan)《自然(ran)》刊(kan)文所言，嫦(chang)(chang)娥五號可以填補科學(xue)家對(dui)(dui)月(yue)球(qiu)火(huo)山(shan)(shan)活(huo)動研(yan)究的(de)(de)(de)(de)一個(ge)重要空白。此前(qian)(qian)對(dui)(dui)美(mei)、蘇獲(huo)取(qu)月(yue)壤樣品的(de)(de)(de)(de)研(yan)究表明，月(yue)球(qiu)上的(de)(de)(de)(de)火(huo)山(shan)(shan)活(huo)動在35億(yi)(yi)年(nian)(nian)(nian)前(qian)(qian)達到頂峰(feng)，然(ran)后減弱并(bing)停止(zhi)。但對(dui)(dui)月(yue)球(qiu)表面(mian)的(de)(de)(de)(de)觀測發現，某些區域(yu)可能(neng)含有最近10至(zhi)20億(yi)(yi)年(nian)(nian)(nian)前(qian)(qian)才形成的(de)(de)(de)(de)火(huo)山(shan)(shan)熔巖，這與嫦(chang)(chang)娥五號著陸地區的(de)(de)(de)(de)年(nian)(nian)(nian)齡相(xiang)仿。如果嫦(chang)(chang)娥五號采回的(de)(de)(de)(de)樣本能(neng)夠證實這段(duan)時間月(yue)球(qiu)仍(reng)在活(huo)動，將改寫月(yue)球(qiu)的(de)(de)(de)(de)歷史。
【責任編(bian)輯：趙藝涵】