嫦娥五號(hào)即將升空 “挖土”之旅或可改寫(xiě)月球歷史
九天攬?jiān)滦呛娱?，十六春秋繞落回。11月17日，被稱為“胖五”的長(zhǎng)征五號(hào)遙五運(yùn)載火箭和嫦娥五號(hào)探測(cè)器在中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)完成技術(shù)區(qū)總裝測(cè)試工作后，垂直轉(zhuǎn)運(yùn)至發(fā)射區(qū)，計(jì)劃于11月下旬擇機(jī)實(shí)施發(fā)射。
本次嫦娥五號(hào)月球探測(cè)器計(jì)劃首次實(shí)現(xiàn)從月球的采樣返回，把月壤或月巖等寶貴樣品帶回地球，屆時(shí)將有望為我國(guó)探月工程重大科技專項(xiàng)“繞、落、回”三步走發(fā)展戰(zhàn)略畫(huà)上一個(gè)圓滿的句號(hào)。
地月之間平均單程距離約為38萬(wàn)公里，走一個(gè)來(lái)回將近80萬(wàn)公里，月球樣品中究竟有哪些奧秘值得我們?nèi)绱速M(fèi)力去挖掘？回望歷史，人類在去月球“挖土”這件事上取得過(guò)哪些成就？本次我國(guó)嫦娥五號(hào)任務(wù)從取樣地點(diǎn)到采樣重量上會(huì)有哪些特別之處呢？
月壤雖是土，價(jià)值抵萬(wàn)金
“月壤即月球的土壤，雖然在月球上唾手可得，但是對(duì)地球人來(lái)說(shuō)卻蘊(yùn)藏著巨大的科學(xué)價(jià)值。”中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)行星科學(xué)研究所教授肖龍說(shuō)，月壤是研究月球的樣本，由月球巖石在遭受隕石撞擊、太陽(yáng)風(fēng)轟擊和宇宙射線輻射等空間風(fēng)化作用后形成，其中有大量的月球巖石碎塊、礦物及隕石等物質(zhì)。科學(xué)家通過(guò)研究這些月壤物質(zhì)，既可以了解月球的地質(zhì)演化歷史，也可以為了解太陽(yáng)活動(dòng)等提供必要的信息。
“探測(cè)月球有3種常用方法?！比珖?guó)空間探測(cè)首席科學(xué)傳播專家龐之浩告訴科技日?qǐng)?bào)記者，一是環(huán)繞探測(cè)，主要用于對(duì)月球進(jìn)行綜合性普查；二是著陸和巡視探測(cè)，主要用于對(duì)月球進(jìn)行區(qū)域性詳查；三是采樣返回探測(cè)，主要用于對(duì)月球進(jìn)行區(qū)域性精查。相比前兩種方法，采樣返回探測(cè)，可以將月球的月壤等關(guān)鍵性樣品運(yùn)回地面實(shí)驗(yàn)室供科學(xué)家進(jìn)行精準(zhǔn)分析研究，有利于進(jìn)一步了解月球的狀態(tài)、溫度、物質(zhì)含量等重要信息，深化對(duì)月壤、月殼和月球形成演化的認(rèn)識(shí)。
龐之浩表示，從技術(shù)層面看，3種空間探測(cè)方式有明顯的遞進(jìn)關(guān)系，每一步都是對(duì)前一步的深化，并同時(shí)為下一步奠定基礎(chǔ)，最終達(dá)到全面、深入了解月球的目的。完成月球取樣返回任務(wù)，需要經(jīng)歷一個(gè)全面、精細(xì)、深入的科學(xué)探測(cè)過(guò)程，可以突破一系列關(guān)鍵技術(shù)，并為今后載人登月和月球基地選址等提供有關(guān)數(shù)據(jù)、奠定技術(shù)基礎(chǔ)。
“挖土”有魅力，各國(guó)都很拼
“冷戰(zhàn)期間，當(dāng)時(shí)的航天超級(jí)大國(guó)美國(guó)和蘇聯(lián)都很熱衷于去月球采樣?！饼嬛平榻B，蘇聯(lián)月球16號(hào)探測(cè)器從月球豐饒海取回了一塊101克的小樣本。月球20號(hào)探測(cè)器和月球24號(hào)探測(cè)器則分別從阿波羅尼厄斯高地和月球危海采集到了55克與170克樣品。
“載人飛船從月球采樣返回，不僅采集量大、選擇性強(qiáng)，而且采集范圍可以很廣，因?yàn)楹教靻T可以到艙外活動(dòng)，還能乘月球車漫游到比較遠(yuǎn)的地方去采集月球樣品。例如美國(guó)阿波羅系列任務(wù)采樣位置的地理分布、地質(zhì)特征就非常豐富。”龐之浩說(shuō)。
1969年7月至1972年12月，美國(guó)通過(guò)阿波羅11號(hào)到阿波羅17號(hào)載人飛船實(shí)施了7次載人登月任務(wù)，除了阿波羅13號(hào)因發(fā)生故障中途返回，其余6艘飛船皆完成登月，成功將12名航天員送上月球，共帶回月壤和月巖樣品約381.7千克。
據(jù)介紹，阿波羅11號(hào)著陸在月球赤道附近的寧?kù)o之海，選擇這個(gè)地點(diǎn)的原因是這里比較平坦，便于飛船降落和宇航員艙外活動(dòng)。
阿波羅12號(hào)與阿波羅14號(hào)均著陸在月球赤道平原上，前者著陸于風(fēng)暴海，后者降落在位于距離阿波羅12號(hào)著陸地右側(cè)177公里的哥白尼隕石坑。
阿波羅15號(hào)著陸在月球北半球中部阿基米德隕石坑?xùn)|南的亞平寧山脈腳下，而阿波羅16號(hào)則是人類第一次在月球赤道以南的中部高地西奧菲勒斯隕石坑附近著陸。
阿波羅17號(hào)則在月球北半球的陶勒斯-利特羅山谷著陸，該地既可以從谷底采集較為年輕的巖石樣本，也可以從月球高地采集較老的巖石樣本。
“通過(guò)對(duì)月球樣品的分析，科學(xué)家們?nèi)〉昧素S碩的成果?！饼嬛普f(shuō)，科研人員通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，月壤中含有大量微小的橘紅色玻璃形式顆粒，這些顆粒一般富含鋁、硫和鋅，它們是在月幔部分融化過(guò)程中，于月球表面下約300千米深處形成，因火山活動(dòng)而噴出到月球表面。通過(guò)對(duì)樣品的分析與實(shí)驗(yàn)證實(shí)，月壤和月巖中氧化鐵的含量很高，從中可以制取水和氧，未來(lái)可利用月面物質(zhì)支持月球基地的運(yùn)行，并為登月飛行器補(bǔ)充燃料。更重要的是，科學(xué)家還在采集回來(lái)的樣品中發(fā)現(xiàn)了核聚變的理想原料氦-3。按照目前地球的能源消耗規(guī)模，月球上的氦-3用于核聚變發(fā)電后能夠滿足人類約1萬(wàn)年的能源需求。
嫦娥有特色，選址位置新
“我國(guó)嫦娥五號(hào)對(duì)月壤的采樣能力更強(qiáng)。”龐之浩表示，蘇聯(lián)月球16號(hào)、月球20號(hào)和月球24號(hào)3個(gè)無(wú)人月球探測(cè)器進(jìn)行了3次月球采樣返回任務(wù)，帶回的月球土壤樣品僅約330克，而我國(guó)僅嫦娥五號(hào)1個(gè)探測(cè)器就計(jì)劃帶回2千克月球樣品。
據(jù)龐之浩介紹，采樣重量會(huì)出現(xiàn)這么大的差別，是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的蘇聯(lián)尚未掌握月球軌道無(wú)人交會(huì)對(duì)接技術(shù)，所以其3次無(wú)人月球采樣任務(wù)采用的都是月面起飛直接返回地球方案，這樣其上升器需要克服返回艙與大量燃料帶來(lái)的巨大負(fù)重，因此極大壓縮了采樣重量。而嫦娥五號(hào)計(jì)劃采用具有世界領(lǐng)先水平的月球軌道無(wú)人對(duì)接方案轉(zhuǎn)移月壤，上升器不用搭載返回艙，只需少量燃料，因此采樣重量呈幾何級(jí)提高。
另?yè)?jù)相關(guān)報(bào)道，嫦娥五號(hào)的取樣地址也很有特色，具有很高的研究?jī)r(jià)值。嫦娥五號(hào)將在月球正面最大的月海風(fēng)暴洋北部呂姆克山脈附近著陸，此地從未有其他國(guó)家的探測(cè)器到訪過(guò)。風(fēng)暴洋相對(duì)較年輕，富集鈾、釷、鉀等放射性元素，該地存在大約13億至20億年前的玄武巖，獲得這些年輕玄武巖的同位素年齡，將有助于推進(jìn)對(duì)月球火山活動(dòng)和演化歷史的認(rèn)識(shí)。
正如11月5日國(guó)際頂尖科學(xué)期刊《自然》刊文所言，嫦娥五號(hào)可以填補(bǔ)科學(xué)家對(duì)月球火山活動(dòng)研究的一個(gè)重要空白。此前對(duì)美、蘇獲取月壤樣品的研究表明，月球上的火山活動(dòng)在35億年前達(dá)到頂峰，然后減弱并停止。但對(duì)月球表面的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，某些區(qū)域可能含有最近10至20億年前才形成的火山熔巖，這與嫦娥五號(hào)著陸地區(qū)的年齡相仿。如果嫦娥五號(hào)采回的樣本能夠證實(shí)這段時(shí)間月球仍在活動(dòng)，將改寫(xiě)月球的歷史。