這必將是載入中國航天史冊的一天。

　　2020年11月24日4時(shí)30分，我國在文昌發(fā)射場(chǎng)用長(cháng)征五號運載火箭，成功將嫦娥五號探測器送入預定軌道，開(kāi)啟探月三期收官之旅。這一次，“嫦娥”不僅將實(shí)現“奔月”的目標，還計劃帶著(zhù)月球的“禮物”—約2公斤左右的月球土壤樣品返回地球。《科技周刊》記者專(zhuān)訪(fǎng)中國科學(xué)院紫金山天文臺研究員吳昀昭、南京航空航天大學(xué)航天學(xué)院聞新教授，為大家介紹本次探月計劃和我國探月史。

　　“打包”2公斤月壤回地球

　　本次嫦娥五號月球探測器計劃首次實(shí)現從月球的采樣返回，把月壤或月巖等寶貴樣品帶回地球，屆時(shí)將有望為我國探月工程重大科技專(zhuān)項“繞、落、回”三步走發(fā)展戰略畫(huà)上一個(gè)圓滿(mǎn)的句號。“前兩步‘繞’和‘落’，我們完成得都很成功，而第三步是這一系列工程中最為復雜的一個(gè)。”吳昀昭說(shuō)。

　　吳昀昭介紹，嫦娥五號探測器著(zhù)陸后，將鉆入地下2米深，挖掘大約2公斤的月球物質(zhì)，并儲存在上升器中。“由于嫦娥五號計劃采用月球軌道無(wú)人對接方案來(lái)轉移月壤，上升器無(wú)需搭載返回艙，只需少量燃料，因而嫦娥五號采樣重量相比于蘇聯(lián)月球計劃有大幅提升。”

　　這兩公斤重的樣品不僅包括月球表面的“表樣”，也包括“柱樣”（即在月球表面打2米深的柱子時(shí)，柱子上的土壤樣品）。它們對人類(lèi)來(lái)說(shuō)蘊藏著(zhù)巨大的科學(xué)價(jià)值。“月壤是由月球巖石在遭受微隕石撞擊、太陽(yáng)風(fēng)轟擊和宇宙射線(xiàn)輻射等空間風(fēng)化作用而形成，其中包含了大量的月球巖石碎塊、礦物及隕石等物質(zhì)，記錄了月球的地質(zhì)演化歷史及太陽(yáng)活動(dòng)的歷史，是人類(lèi)了解月球、認識月球的第一手資料。”

　　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，還可以為遙感探測數據做驗證。“月球樣品代表了月球真實(shí)的物質(zhì)組成和特性，對于深入認識月球具有重要科研價(jià)值，也為遙感探測提供真值，沒(méi)有樣品的遙感解譯存在風(fēng)險，讓人擔憂(yōu)。”吳昀昭介紹，正是這些樣品，支持了月球的大撞擊假說(shuō)并建立了巖漿洋模型。

　　“怎樣回來(lái)”比“怎么挖”更難

　　據了解，往返距離近80萬(wàn)公里的嫦娥五號月球探測任務(wù)預計將持續一個(gè)月左右，其中在月面采樣大約耗時(shí)兩天。

　　月壤“怎么挖”是讀者們重點(diǎn)關(guān)心的內容之一，不少讀者興許已經(jīng)開(kāi)始“腦補”一只機器手從嫦娥五號中伸出，進(jìn)行挖掘的科幻畫(huà)面。能把“挖掘機”開(kāi)到月球上去，這是多么神奇的一件事！但聞新告訴記者，相比“怎么挖”，怎么返回才是嫦娥五號要面臨的最大難題。

　　“返回是嫦娥五號要面臨的最大難題，月球的重力是地球的六分之一。在月球表面，嫦娥五號的起飛相對會(huì )容易一些，但一旦進(jìn)入大氣層，就是考驗科研人員的關(guān)鍵期了。”不同于之前的嫦娥一至四號的“單程票”，嫦娥五號此次的探月之旅，科研人員們預備的是一套往返雙程的旅行“套餐”。因此，它的“行李”也更多一些。聞新介紹，嫦娥五號由軌道器、著(zhù)陸器、上升器、返回器組成，會(huì )在月球軌道、月球表面、地球上空進(jìn)行多次分離和對接。

　　嫦娥五號返回時(shí)，必須脫離月球引力才能離開(kāi)月球。在快速回到地球時(shí)，要是來(lái)不及“剎車(chē)”，會(huì )有撞毀的可能。科研人員為此設計了一種“打水漂”式的返回方案。嫦娥五號返回時(shí)先進(jìn)入大氣層，依靠大氣層的升力再跳出去，然后再次進(jìn)入，一進(jìn)一出，便實(shí)現了減速。

　　此次探測有望確定月球年齡

　　上世紀，美國和蘇聯(lián)都很熱衷于去月球采樣。蘇聯(lián)前后三次將無(wú)人探測器送到月表，從月表采集了共計326克樣品。而美國通過(guò)阿波羅計劃成功實(shí)施了6次載人登月，并帶回382公斤月壤和月巖樣品。“通過(guò)對他們采回的月球樣品的分析，科學(xué)家們取得了豐碩的成果。”吳昀昭說(shuō)。人們通過(guò)研究發(fā)現，阿波羅17號采集到橘紅色玻璃顆粒，這些顆粒富含揮發(fā)份，它們是在月幔部分融化過(guò)程中，于月球表面下約500公里深處形成，因火山活動(dòng)而噴出到月球表面。更重要的是，科學(xué)家還在采集回來(lái)的樣品中發(fā)現了核聚變的理想原料氦-3。按照目前地球的能源消耗規模，月球上的氦-3用于核聚變發(fā)電后能夠滿(mǎn)足人類(lèi)約1萬(wàn)年的能源需求。

　　“嫦娥五號的取樣地點(diǎn)也有特色，遠離過(guò)去美國和蘇聯(lián)采樣地點(diǎn)，具有互補性。”吳昀昭介紹，嫦娥五號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(zhù)陸，此地從未有其他國家的探測器到訪(fǎng)過(guò)。風(fēng)暴洋相對較年輕，富集鈾、釷、鉀等放射性元素。此前對美國及蘇聯(lián)獲取的月球樣品的研究表明，月球火山活動(dòng)在35億年前到達頂峰，然后逐漸減弱并停止。“風(fēng)暴洋內部充填著(zhù)大量的年輕玄武巖，模型預測年齡在13億到20億年，如果能獲得這些年輕玄武巖的放射性同位素年齡，將有助于推進(jìn)月球火山活動(dòng)的歷史，加深對月球熱演化歷史的認知。”

　　此外，此次探測任務(wù)有望確定月球年輕玄武巖的年齡，并修正表面定年模型。“目前國際上廣泛使用的星體表面定年模型，是基于美國和蘇聯(lián)獲得的月球樣品的放射性同位素年齡。”吳昀昭說(shuō)，這些樣品的年齡在距今10億年到30億年存在明顯的空缺。“嫦娥五號如果能采集年輕玄武巖，將有望填補樣品年齡的空缺，修正行星表面定年模型。也將真正認識年輕玄武巖的成分特征。”

　　未來(lái)會(huì )不會(huì )送宇航員上月球

　　嫦娥五號的采樣，讓不少讀者升騰起新的念想：在未來(lái)，我們能不能把宇航員送到月球上去？聞新給了一個(gè)肯定的答復，“載人登月”已經(jīng)是中國航天的“小目標”之一。“這一次我們發(fā)射的是嫦娥五號，在未來(lái)還會(huì )有嫦娥六號、嫦娥七號，目前至少已經(jīng)規劃到了嫦娥八號。”

　　根據中國國家航天局公布的計劃，對月球南極的探索將由嫦娥六號和七號來(lái)完成。而嫦娥八號則將進(jìn)行一些關(guān)鍵技術(shù)的月面試驗，為建設月球科研基地做一些前期探索。

　　“我們此前已完成了繞月探測、落月探測。完成這些任務(wù)之后，我們還要建設月球基地并籌備載人登月。”11月23日，中國月球探測工程首席科學(xué)家歐陽(yáng)自遠院士在文昌發(fā)射場(chǎng)接受媒體采訪(fǎng)時(shí)表示，我國還將探測太陽(yáng)系的其他幾個(gè)行星，向太陽(yáng)系的星辰大海挺進(jìn)。

　　“其實(shí)，對月球研究越深入，我們越發(fā)現自己不了解月球。”吳昀昭坦言，之前認為月球很簡(jiǎn)單，現在發(fā)現它很復雜。“比如年輕火山的活動(dòng)及構造，月幔、月核的成分和結構，月球正面與背面不對稱(chēng)特征（玄武巖深度）及其原因等，還有許多需要我們去探索。”

　　“21世紀初的嫦娥探月工程極大地推動(dòng)了整個(gè)學(xué)科的發(fā)展。”吳昀昭說(shuō)，自嫦娥工程開(kāi)始之后，很多高校和科研院所都開(kāi)展了這方面的研究，并開(kāi)始成立相關(guān)院系。“對月球的研究可以說(shuō)是百花齊放，涉及地球化學(xué)、地球物理、遙感探測等，很多從事地球研究的科研人員，開(kāi)始把他們的研究方法用到研究月球上去。”吳昀昭說(shuō)，2019年，中國高校行星科學(xué)聯(lián)盟成立，以助力推動(dòng)行星科學(xué)成為一級學(xué)科。

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　　我國探月史

　　月球是地球唯一的衛星，也是距離地球最近的衛星，因此人類(lèi)首先探索的星球是月球，未來(lái)考慮建設星際基地的目的地也是月球。事實(shí)上，人類(lèi)對月球的研究，自300多年前伽利略利用望遠鏡觀(guān)測月球就開(kāi)始了。人類(lèi)還未實(shí)現登月的時(shí)候，就對月球充滿(mǎn)了期望。

　　“我國對月球的研究，可以嫦娥探月工程為劃分點(diǎn)。在這之前，以歐陽(yáng)自遠院士為代表的早一代天體化學(xué)家對美國贈與的1克月球樣品中的0.5克進(jìn)行了大量研究。”吳昀昭說(shuō)。

　　1978年，時(shí)任美國國家安全事務(wù)顧問(wèn)布熱津斯基訪(fǎng)華時(shí)，向中國贈送了1克月球樣品。“1克的樣品雖然很少，但對于做研究已經(jīng)足夠。”因為樣品大小有限，當時(shí)歐陽(yáng)自遠團隊先做了非破壞性測試與研究，最后才做破壞性的測試與研究，包括礦物成分、結構構造、化學(xué)成分、微量元素、物理性質(zhì)、產(chǎn)出環(huán)境。最后科研人員不僅判斷出該樣本是在阿波羅17號任務(wù)中采集的，確認了采集地點(diǎn)，甚至還分析出石頭所在地區是否有陽(yáng)光照射。根據對這塊石頭的研究，他們共發(fā)表了40篇文章。保存下的另外0.5克樣品，現由北京天文館收藏。

　　2004年，中國正式開(kāi)展月球探測工程，并命名為“嫦娥工程”，規劃為“繞、落、回”三期。

　　一期任務(wù)實(shí)現環(huán)繞月球探測，2007年10月24日，“嫦娥一號”成功發(fā)射升空，獲取了全球首張月球表面全域三維立體影像，并幫助人們了解了6大常量元素在月球表面的分布情況。

　　二期任務(wù)實(shí)現月面軟著(zhù)陸和自動(dòng)巡視勘察。嫦娥三號探測器于2013年12月14日成功著(zhù)陸在月球正面雨海盆地內，并開(kāi)展了巡視勘察。嫦娥四號作為嫦娥三號的備份星，2019年1月3日成功著(zhù)陸在月球背面的馮·卡門(mén)撞擊坑內，實(shí)現人類(lèi)首次到月球背面的軟著(zhù)陸。

　　三期任務(wù)實(shí)現無(wú)人采樣返回。24日凌晨發(fā)射的嫦娥五號即屬于三期任務(wù)，計劃著(zhù)陸于月球正面的風(fēng)暴洋地區，并采樣返回地球。嫦娥五號的任務(wù)，也是我國無(wú)人月球探測的收官之作。

　　本報記者 蔡姝雯 楊頻萍 王 甜

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