嫦娥五號帶回最年輕的月壤

2020年12月17日凌晨，嫦娥五號返回器攜帶月球樣品返回

嫦娥五號是中國迄今為止最復(fù)雜、最雄心勃勃的航天飛行器，它所做過的事，40多年沒有航天器完成過，即抓把原生態(tài)的月球“土”并帶回地球。

2020年11月23日凌晨4時30分，中國海南島文昌衛(wèi)星發(fā)射中心，重達(dá)8.2噸的嫦娥五號搭乘長征五號運(yùn)載火箭發(fā)射升空。與火箭分離后，嫦娥五號通過推進(jìn)器進(jìn)行了為期4天的飛往月球之旅，之后，在一個名為呂姆克的火山附近著陸，大概方位在月球正面的西北地區(qū)。在那里，著陸器從月球表面鉆取樣品并封裝。

取樣工作完成后，著陸器上的上升器起飛，攜帶2千克月球物質(zhì)樣品，發(fā)射回繞月軌道。在繞月軌道上，軌道器將收集封裝好的樣品，以極高的速度重新進(jìn)入地球大氣層，降落內(nèi)蒙古。至此，為期大約23天的航天探月取樣任務(wù)完美收官。

中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）的行星科學(xué)家肖龍教授說，這些月球樣品“毫無疑問會為我們提供更多有關(guān)月球歷史的知識”，特別的科學(xué)意義在于觀察月球的火山活動。

科學(xué)家一度認(rèn)為，在45億年前月球形成之后，火山活動持續(xù)了10億多年。現(xiàn)在，研究月球上隕石坑的科學(xué)家認(rèn)為，更晚近的時期，巖漿還在一些地區(qū)繼續(xù)噴發(fā)和流動，抹去了一些早期隕石坑的痕跡，留下了年代較近的火山巖。

肖龍教授說，嫦娥五號帶回的巖石“將促使我們重新思考月球的火山歷史，什么原因使它持續(xù)了這么久，以及到底發(fā)生了什么”。

中國2004年批準(zhǔn)立項嫦娥探月計劃，嫦娥五號是這個計劃中人們期待已久的一個篇章。在設(shè)計長征五號運(yùn)載火箭時，就為這個任務(wù)考慮了。

現(xiàn)在，這項雄心勃勃的探月任務(wù)終于完成了，中國在探測月球的全球新時代邁出了大膽的一步。

“世界上，計劃著航天旅行的國家似乎都把月球看作是一個值得長期探索、有開發(fā)和定居潛力的地方。”喬治·華盛頓大學(xué)空間政策研究所榮休教授、太空歷史學(xué)家約翰·羅格斯登（John Logsdon）說。

月球樣品的價值

人類上一次從月球帶回樣品要追溯到久遠(yuǎn)的1976年，完成此舉的航天器是蘇聯(lián)的月球24號探測器。那次任務(wù)直接從月球表面向地球發(fā)回了170克月球物質(zhì)樣品。然而，對標(biāo)更為復(fù)雜的美國的阿波羅計劃（總共從月球上收集了382千克樣品），嫦娥五號在月球軌道上的交會和對接操作也頗有阿波羅號的神韻。

然而，阿波羅號所取的樣品都超過了30億年。肖龍教授說，嫦娥五號的目標(biāo)是收集20億年以內(nèi)的樣品，這樣科學(xué)家就能研究月球上近期的火山活動。

嫦娥五號降落的呂姆克山附近高出風(fēng)暴洋約1 100米。風(fēng)暴洋是過去巖漿活動形成的火山巖平原，是月球上最大的玄武巖平原。月球上這樣的平原就是用肉眼遙望月球看到的黑暗色斑塊，常稱為“月海”。呂姆克山的一些巖石被認(rèn)為比其他所有的月球樣本要年輕得多。

然而，月球的火山歷史并不是嫦娥五號試圖解決的唯一謎團(tuán)。布朗大學(xué)的行星科學(xué)家詹姆斯·黑德三世（James Head III）說，嫦娥五號選擇的著陸區(qū)域可以“驗證各種關(guān)于月球的基本假設(shè)”。

在實際的建筑工程施工過程中，一些建筑企業(yè)為了自己的經(jīng)濟(jì)利益，縮減管理人員編制，導(dǎo)致在工程管理控制過程中，往往是一人身兼數(shù)職，管理效果大打折扣，無法有效地控制施工維持在相對安全的條件下，無法監(jiān)控每一個施工環(huán)節(jié)保證自身質(zhì)量。而且一旦某一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，也比較難以追查最終責(zé)任負(fù)責(zé)人。導(dǎo)致公司施工管理以及質(zhì)量控制工作目標(biāo)不能實現(xiàn)。

呂姆克山附近巖石和土壤的礦物學(xué)研究，可以幫助揭示為什么該地區(qū)的某些元素——鉀、稀土元素和磷——濃度反常，以及由釷和鈾元素造成的強(qiáng)放射性異常。

“有一些非常好的基礎(chǔ)性問題需要回答，這些問題將極大地改變我們對月球的看法。”黑德三世教授說。

嫦娥五號還可以幫助校準(zhǔn)整個太陽系的時間標(biāo)尺。一個地區(qū)隕石坑的大小和數(shù)量，可以提供有關(guān)該地點(diǎn)年齡的線索，因為隕石坑會隨著時間的推移以某預(yù)估的速率累積。

測定月球樣本的年齡不僅可以更準(zhǔn)確地確定月球表面的年齡，對比太陽系其他天體，若其與月球上某些坑坑洼洼的程度類似，那么可以推斷這些天體的年齡。

新的年代分析“可能會對我們的近鄰行星的形成理論和假設(shè)提出潛在的挑戰(zhàn)，并提出新的問題。”美國圣母大學(xué)的月球地質(zhì)學(xué)專家克萊夫·尼爾（Clive Neal）說。

樣品后續(xù)如何處置

抵達(dá)地球后，這些珍貴的樣品將被裝在一個密閉容器里，送往中國國家天文臺的中國月球樣品實驗室。該實驗室的科學(xué)家將研究樣本的礦物和化學(xué)組成，包括測量某些放射性同位素的豐度，以精確地確定它們形成的年代。

肖龍教授說：“嫦娥五號探月對中國月球和行星科學(xué)界來說是一件大事。我們做研究有了新的月球樣品，并且是我們自己的……這將激勵年輕的學(xué)生和科學(xué)家從事行星科學(xué)和航天探測研究工作。”

不過，伯格奎斯特說，ESA將參與嫦娥五號探月，“在探月開始的關(guān)鍵階段提供深空網(wǎng)絡(luò)的支持，之后階段還提供備份支持”。

從月球到火星

嫦娥五號以類似阿波羅的方式收集月球樣本，表明中國正在為更雄心勃勃的航天任務(wù)開發(fā)所需的技術(shù)。羅格斯登認(rèn)為：“嫦娥五號只是中國系列無人探月航天任務(wù)中的一個。”

在嫦娥一號和嫦娥二號月球軌道飛行器、嫦娥三號和嫦娥四號著陸器和玉兔號月球車成功發(fā)射后，中國已經(jīng)制定了針對月球南極的探測計劃。等嫦娥五號成功地完成任務(wù)，嫦娥六號將嘗試從月球南極取樣。月球南極是科學(xué)家特別感興趣的區(qū)域，因為那里可能有大量冰，還有太陽系中最大的隕石坑之一——南極-艾特肯盆地。

更先進(jìn)的嫦娥七號和八號也將計劃在月球南極附近地區(qū)著陸，并分析該地區(qū)的地質(zhì)成分，測試新技術(shù)，包括檢測和提取化學(xué)物質(zhì)，如水和氫，這些技術(shù)在未來的載人登月時可能用得上，還會在月球表面測試3D打印技術(shù)。

中國探月的長期目標(biāo)是在2030年左右建立一個國際月球科研站，以支持機(jī)器人探月和載人探月。

羅格斯登說：“載人探月和機(jī)器人探月相融合，最終將實現(xiàn)中國人登陸月球。”

為了在載人航天方面獲得更多經(jīng)驗，中國將于2021年開始在近地軌道上建造天宮號空間站。中國空間站的設(shè)計壽命約為10年，為中國將人送往更遠(yuǎn)的太空，積累寶貴的經(jīng)驗。

嫦娥探月工程也為未來探測其他行星的航天任務(wù)奠定了基礎(chǔ)。中國已經(jīng)在前往火星的路上有了一個名為天問一號的軌道飛行器和火星車，旨在研究這顆紅色星球的化學(xué)組成、磁場和地表結(jié)構(gòu)。

21世紀(jì)20年代末，中國航天界的一大目標(biāo)是去火星上采樣并帶回地球。嫦娥五號是實現(xiàn)這一大膽任務(wù)的關(guān)鍵一步，也是實現(xiàn)近地小行星采樣任務(wù)的關(guān)鍵一步。

“探測能力的增強(qiáng)，”肖龍教授說，“也是在為探索太陽系鋪路。”

資料來源 National Geographic