撞出月球的奧秘

北京時間9月3日1S時42分22秒，歐洲月球探測器“智能1號”以每秒2千米的速度、與月球表面幾乎平行的1度角成功撞擊月球，在月球表面砸出一個直徑約為3至10米的大坑，同時激起10多千米的“塵埃”，從此結束了其為期3年的探索使命。“智能1號”的探測任務是什么?為何要讓它撞擊月球?這次撞擊對人類探索月球有哪些意義?本刊記者就這些讀者關心的問題采訪了中國科學院國家天文臺李競研究員。

創造太空奇跡：邀游太空3年僅用75千克燃料

“智能1號”是歐洲首枚月球探測器，它的英文名叫“SMART—1”。在技術方面，“智能1號”堪稱未來太空探測器的“先鋒”。探測器全部由低成本、小型化的尖端技術部件構成，造價約1．1億歐元，重僅367千克，體積約1立方米。它之所以輕巧是因為用了新能源，即太陽能離子發動機。與傳統的航天器化學燃料發動機不同，太陽能離子發動機可將太陽能轉化為電能，再通過電能電離惰性氣體原子，噴射出高速氙離子流，為探測器提供主要動力。太陽能離子發動機利用燃料的效率比普通化學燃料發動機高10倍，因此它所需燃料不多，這使得裝備它的航天器有更多的空間裝載其他裝備。“智能1號”在太空中遨游近3年時間，圍繞月球軌道飛行2000多圈，卻只消耗了75千克氙燃料，而普通化學燃料發動機運轉時，數以噸計的燃料幾分鐘便用完了。新型太陽能離子發動機在“智能1號”的飛行中經受了考驗，為人類未來星際旅行展現了新的前景，這種新型發動機有望成為未來星際旅行的主要動力裝置之一。

第一次發現了月球北極“日不落”區城

“智能1號”于2003年9月27日發射升空，2004年11月進入月球重力場，并開始以螺旋式運動接近月球橢圓形極地軌道。2005年1月，“智能1號”進入工作軌道，即近月300千米、遠月3000千米的運行軌道。月球與地球的直線距離約有38萬千米，美國“阿波羅”飛船從發射到抵達月球軌道只用了3天時間，但是“智能1號”卻花費了近14個月時間，行程上億千米才抵達月球軌道，“智能1號”的奔月飛行之所以如此緩慢，是為了驗證太陽能離子發動機的性能。正是由于“智能1號”長時間環繞月球極地軌道飛行，它繪制了迄今為止最為詳細的月球表面整體外貌圖，其中包括過去人們缺乏了解的月球背面和極地概貌。以往的探測器基本都是環繞月球赤道運行，關于月球極地信息只能用“余光”掃視，而“智能1號”實現了環兩極運行，它是在“俯瞰”。“智能1號”不但讓科學界第一次發現月球極地與赤道區域的許多不同地質構造，也讓人類第一次發現在接近月球北極存在一個“日不落”區域。因為月球表面的溫差變化很大，白天在陽光垂直照射的地方溫度高達127℃，夜晚溫度可降低到零下183℃，對人類登月造成巨大的障礙，而這一發現將有可能使人類在月球上找到一塊溫差變化小的地帶，對人類登月探測有重大意義。

撞擊月球只為“發揮余熱”

從發射到撞擊的近3年時間中，“智能1號”為人類探索太空、了解月球積累了寶貴的財富。“智能1號”在以“撞月”結束其使命前完成了多項科學任務：包括對新型太陽能離子發動機進行了測試，傳回了月球表面2萬多張高清晰度圖像，幫助科學家獲得了一些月球表面化學元素含量的數據，繪制了月球表面的整體外貌圖，為人類研究月球表面的化學成分、月球的起源和演化等提供了大量有價值的數據。可以說，“智能1號”已完滿地完成了任務，由于燃料壽命將盡，探測器實際上已經成為了月球的俘虜，也就是說，它早晚會撞到月球表面。20世紀60年代初期美國發射的幾個“漫游者”系列探測器都以撞擊月球的方式結束了一生。與此次撞擊月球的“智能1號”不同的是，“撞月”是“漫游者”們接近并考察月球的主要方式，而“智能1號”撞擊月球屬于“發揮余熱”，即當它快要“彈盡糧絕”時，科學家通過人為設計的撞擊使它為人類最后獻身。這次撞擊主要目的是在月球表面“撞”出更多物質，以幫助天文學家對月球表面物質進行進一步觀測研究，為探索月球起源尋找證據。

撞擊不會對月球有任何危害

“智能1號”探測器質量為367千克，僅相當于洗衣機大小，撞擊速度只有每秒2千米，遠低于太空中其他流星體，因此它不會給月球造成什么影響，其對月球的傷害程度比蚊子叮人一下還要輕得多。1959年，蘇聯的“月球2號”探測器在月球硬著陸，這是第一個撞擊月球表面的人造飛行器。此后大約50年的時間里其他飛行器也對月球進行過撞擊，“智能1號”撞擊是有史以來各類探測器撞擊月球中“最溫柔的一次”，對月球的影響可以用“微乎其微”來形容。

那么，撞擊完成之后，這些來自地球人類文明的殘留物，會不會對月球造成污染?答案是否定的。制造“智能1號”探測器和探測器上的儀器的化學元素在月球上都是自然存在的。如鋁和鐵在月球上就非常普遍。氫、碳和氮雖然在月球上非常稀缺，但是他們會隨著太陽風刮到月球表面，有時也會隨著彗星的碎片來到月球。彗星的碎片除了上述那些元素外，還帶來大量的其他元素。從這點來看，“智能1號”探測器也算是一個彗星，只不過它是人造的而已。

此外，撞擊也不會給地球帶來任何危害。“智能l號”本身在月球上活動時會受到月球引力的牽引，由它撞擊所產生的任何物質無法抗拒月球的引力逃逸到太空中來，因此不會給地球帶來危險。

撞擊助解月球起源之謎

這次撞擊使月球撞擊坑內深度1米以內的各種物質被拋向空中，供地面觀測。由于月球引力只有地球的1／6，因此沒有地球上塵土飛揚的概念。從地面上觀測，只有大型天文望遠鏡才能看到撞月的微小亮點。為了避免這一亮點完全被月光覆蓋，“智能1號”的撞擊點選擇在背離太陽的月球陰暗面。這樣，探測器撞出的塵埃將被地面反射的太陽光照亮，通過觀察，科學家將進一步了解這些“塵埃“的成分，分析月球起源。

月球起源是個十分古老的問題，過去主要有3種假說：“母女說”、“姐妹說”、“夫妻說”。“母女說”認為月球是地球“生”出來的，“姐妹說”認為月球和地球具有相同的起源，同時誕生于太陽星云，“夫妻說”則認為月球和地球是在不同的地方形成的，一次偶然的相遇，地球把運行到附近的月球俘獲，成為自己的衛星。但這些關于月球起源的假說只能解釋部分觀測事實，不能令人滿意。因此不斷有科學家另辟蹊徑，提出新的假說。其中，最新提出的撞擊成因說引起了人們的極大關注，這一假說認為，月球是46億年前一個類似火星大小的天體與地球相撞濺射出的物質圍繞地球旋轉聚集而成。然而，這還只是一個假說，需要經過人類的進一步探索來驗證。這次撞擊也是為了驗證這個假說是否成立。為了達到這一目的，歐洲航天局在其地面觀測點處于夜晚時，讓“智能1號”撞擊朝向地球、亮度不高、研究價值較高的月表指定區域，而地面專家的重點研究對象是撞擊拋射物中鐵、鋁等元素，估算這些元素的含量和比例，為月球起源假說尋找證據。

繼上世紀“阿波羅號”登月后，人類正在掀起探測月球的第二次高潮。按照計劃，我國“嫦娥1號”月球探測器明年4月將奔月，測繪月球表面的三維影像，探測10余種元素在月球的分布：日本計劃在2007年發射繞月探測器，印度月球探測器也有望在2008年升空；美國計劃在2009年設法兩次撞擊月球南極以找水，并計劃在2018年前讓宇航員重返月球。“智能1號”向月球發起的“溫柔一擊”，堪稱人類新一輪探月高潮的前奏。

[責任編輯]蒲暉