嫦娥五号年内升空，我们为什么要去月亮上“挖土”？
来源：科技日报
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。
图片来源：视觉中国
图片来源：视觉中国
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。
1969年5月20日拍摄的运载阿波罗11号飞船升空的土星5号火箭。
1969年5月20日拍摄的运载阿波罗11号飞船升空的土星5号火箭。
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。
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