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这就是中国优势 | 科技优势(四)嫦娥探月:为人类取回21世纪的第一批月球样品

华夏经纬网 > 新闻 > 热点聚焦      2022-06-28 10:45:19

这就是中国优势?科技优势

【导语】“可上九天揽月,可下五洋捉鳖,谈笑凯歌还。”这是一种豪情与诗意,也是当今中国正创造的奇迹。中国人对未知的好奇、对探索的渴望、对困境的思考以及对美好未来的期待,推开了一扇扇崭新世界的大门:空间探测、生物医药、人工智能、量子科学……中国科技创新的步伐从未停止。正如习近平总书记所说,一切伟大成就都是持续奋斗的结果,一切伟大事业都需要在继往开来中推进。新时代必将是大有可为的时代。


近观月壤一克,遥测星河万年。2004年,中国正式开展月球探测工程,以“嫦娥奔月”的神话命名其为“嫦娥工程”。在完成月球探测“绕、落、回”三步走中的绕月与着陆探测之后,嫦娥五号探测器2020年12月1日在月球正面风暴洋西北处吕姆克山脉附近着陆,采集到重达1731克的月球样品,于2020年12月17日成功凯旋,首次实现了中国地外天体采样返回,标志着中国的月球探测工程取得了重大进展和突破。

2020年11月24日,中国用长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程嫦娥五号探测器,开启我国首次地外天体采样返回之旅。(图源:中国探月工程)

2020年11月24日,中国用长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程嫦娥五号探测器,开启我国首次地外天体采样返回之旅。(图源:中国探月工程)


探月极限挑战之旅开启

月球,是距离地球最近的自然天体,它已经默默地陪伴着地球走过了40多亿年的历程。作为星辰大海的第一站,各国在空间探测领域大都先从探月开始。中国从2004年起开始实施嫦娥探月工程,包括“绕、落、回”三期。顾名思义,第一期探测器的任务是绕月飞行探测,第二期要实现在月球上着陆与巡视,第三期则肩负采样返回的任务。

中国探月工程三步走战略(图源:中国探月与深空探测网)

中国探月工程三步走战略(图源:中国探月与深空探测网)

2007年10月24日,中国发射第一个月球探测器嫦娥一号。它运行在距月面约200千米高的圆形极轨道上,采用了较多新技术。例如,三体定向技术、紫外敏感器等,用了修2千米地铁的钱造了38万千米的天路。它于同年11月20日传回第一幅月面图像,从而竖起了继人造卫星、载人航天之后,中国航天的第三个里程碑。

2010年10月1日,嫦娥二号发射,进一步挑战全新技术,结束月球探测任务后,飞过距离地球150万千米的日地拉格朗日2点,使中国成为造访拉格朗日2点的前三甲。随后,嫦娥二号又成功变轨,对图塔蒂斯小行星进行飞越探测,使中国成为世界第四个探测小行星的国家。

2013年12月14日,嫦娥三号带着中国第一艘月球车玉兔号在月球表面软着陆,成为继美国阿波罗号和苏联月球号任务的37年以来再次访问月球的人类使者,这标志着中国探月工程实现了“绕”到“落”的跨越,也让中国成为世界上第三个掌握落月探测技术的国家。

嫦娥四号拍摄的第一批月球背面图片,这也是世界首张近距离拍摄的月背影像。(图源:国家航天局)

嫦娥四号拍摄的第一批月球背面图片,这也是世界首张近距离拍摄的月背影像。(图源:国家航天局)

2019年1月3日,嫦娥四号和玉兔二号月球车降落在月球背面,并拍摄世界首张近距离拍摄的月背影像图,那是人类从地球上从未见过的月球表面,也是人类探测器首次在月球背面软着陆。此前人类未能成功让探测器在月球背面登陆,主要原因是从该位置与地球通信,在技术上无法实现。为了解决这一难题,中国2018年5月21日率先发射了一颗中继卫星鹊桥,帮助把从月球背面发出的信号传送回地球。

BBC新闻网报道称,在太空探索领域,中国的发展相对较晚。但是中国把宇航员送入太空仅15年后,太空探测器就成功在月球背面登陆,这是人类探索史的首次。

2020年11月24日,嫦娥五号成功发射,并于12月17日携带月球岩石和土壤样品安全返回着陆,标志着中国探月工程“绕、落、回”三步走的规划顺利收官。这是自1976年苏联“月球20号”探测器月球采样之后,人类时隔44年再次迎来月球样品,使中国成为世界上第三个从月球取样的国家。


嫦娥探月探到了什么?

嫦娥五号月球样品(图源:新华社)

嫦娥五号月球样品(图源:新华社)

月球的表面不是坚硬的岩石,而是覆盖了一层松散的土壤,科学家称之为“月壤”。月壤既是人们肉眼观察和遥感探测的直接对象,也是着陆与巡视探测以及采样返回的主要承载物和目标物。可以这么说,要想探月必须先研究月壤。

在中国嫦娥五号带回1731克月球样本之前,人类历史上只有美国和苏联曾从月球上带回过样品。美国阿波罗登月计划的6次任务,一共从月球正面的6个不同地点采集并带回了382千克的月壤和月岩样本;苏联的3次月球号任务也采集到了300克左右的月壤样品。

特别的是,嫦娥五号的着陆区不同于以往美国和苏联的采样点,该区域出露有较为年轻的月球玄武岩。因此通过研究嫦娥五号月壤,能够让人们从空间以及时间两个维度重新认识月球的形成与演化历史。

嫦娥五号着陆器全景相机拍摄的采样区(图源:中国探月工程)

嫦娥五号着陆器全景相机拍摄的采样区(图源:中国探月工程)

月球地质寿命“延长”10亿年

国际顶级学术期刊《科学》2021年10月8日发表了首篇以嫦娥五号返回样品为研究对象的学术论文“嫦娥五号年轻玄武岩的年代与成分”。中国地质调查局地质研究所北京离子探针中心团队研究证明,月球直至19.6亿年前仍存在岩浆活动,使目前已知的月球地质寿命(29亿年)“延长”了10亿年,刷新了此前国际上对于月球玄武岩地质年龄的认识。

月球最“年轻”玄武岩年龄约为20亿年

中国科学院研究证明,嫦娥五号月球样品为一类新的月海玄武岩,填补了美国和苏联月球采样任务的“空白”。科研人员对嫦娥五号月球样品玄武岩岩屑中50多颗富铀矿物进行分析,证实月球最“年轻”玄武岩年龄约为20亿年。这项研究,让月球岩浆停止的时间推迟了8亿年。

嫦娥五号着陆区或曾多次火山喷发

中国科学院紫金山天文台联合南京地质古生物研究所通过嫦娥五号月球样品研究发现,嫦娥五号着陆区历史上可能曾经发生过多次火山喷发活动。

嫦娥五号揭示着陆区月表水含量

中科院地质地球所行星科学团队与上海技术物理研究所、国家空间科学中心等团队合作,首次获得了月表原位条件下的水含量。研究显示,1吨月壤中约有120克“水”,1吨岩石中约有180克水。科研团队介绍,光谱仪所探测到的水指矿物里的水分子或者羟基,在一定条件下才能转化为可以喝的水。

建立新的月球年代函数模型

中国科学院空天信息创新研究院及合作者,利用嫦娥五号月球样品的同位素年龄和着陆区撞击坑统计结果,在目前常用月球年代函数的基础上建立了新的更精确的年代函数模型,为月球和行星科学研究提供更精确的时间标尺。

揭示太空风化作用奥秘

中国科学院地质与地球物理研究所科研团队联合北京高压科学中心、中科院国家空间科学中心的科研人员,获得了单个嫦娥五号月壤颗粒表面的硅酸盐、氧化物、磷酸盐和硫化物的太空风化作用信息。研究表明,嫦娥五号月壤的太空风化作用主要是受到微陨石撞击、太阳风及宇宙射线的辐照等因素的共同作用。

有望借助月壤生产氧气和燃料

南京大学、香港中文大学(深圳)、中国科学技术大学合作发现,嫦娥五号带回的月壤样本中,一些成分可作为催化剂,在太阳光作用下,将水和二氧化碳转化为氧气、氢气、甲烷和甲醇。基于这一发现,研究人员提出,未来可利用月球自身资源建设月球基地,支持深空探测、研究和旅行。

以上多项突破性进展给出了对月球演化的全新认识,对未来的月球探测和研究开辟了新的方向,得到国际专家高度评价。


中国探月目光锁定月球南极

2020年12月17日凌晨,嫦娥五号返回器携带月球样品,在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆。(图源:新华社)

2020年12月17日凌晨,嫦娥五号返回器携带月球样品,在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆。(图源:新华社)

中国探月工程四期经过多年论证,已于2021年底正式通过立项审批,进入全面实施阶段。其中,嫦娥六号计划在月球极区进行采样返回,争取从月球极区采集一公斤到两公斤样品回地球;嫦娥七号将在月球南极着陆,对月球资源进行勘察,并寻找着陆点;嫦娥八号则将与嫦娥七号协同工作,主要任务是勘察如何对月球南极的资源进行开发利用。

根据计划,中国将通过探月工程四期任务,在月球的南极建立月球科研站基本型。据中国探月工程总设计师吴伟仁介绍,月球南极可能存在极昼和极夜现象,极昼期间可能连续180多天有光照,对于执行无人或有人探测任务是一大便利。而在月球找水亦是一大目标,月球南极有很深的月坑,里面可能有水,由于常年不见阳光,很可能是以水冰的形式存在。在月球南极着陆后,飞跃器将到月坑勘察,采集样本,一旦找到水将为科研站的长期运行甚至未来人类去月球南极短期考察提供有利条件。

根据设想,长期运行的国际月球科研站争取在2035年之前建成,除了指挥中心,还有多个分别在月球轨道和月球表面协调工作的轨道器和巡视器,同时还要建立月球通信系统,比如在月球上设立WiFi,保证指挥畅通。而月球科研站未来成为深空探测中转站也只是时间问题,届时飞行器可在月球补加推进剂、燃料,航天员可在月球降落休息,再飞往更远深空。吴伟仁表示,“这个都是长远的事情,目前科学界认为是可以实现的。”

中国深空探测的目光,已落在无垠的星辰大海。随着中国探月工程“绕、落、回”三步走规划圆满完成,中国人的嫦娥奔月由神话变为现实。或许在不久的将来,中国载人飞船登陆月球的那天,我们将在月壤上建设月球基地,实现月壤的就地使用。期待下一次中国探月工程的高光时刻!


(资料来源:中国探月与深空探测网、中国探月工程、新华社、中新社、央视新闻、科技日报)



责任编辑:姚思寒
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