九天攬?jiān)滦呛娱煟呵锢@落回。11月17日，被稱(chēng)為“胖五”的長(zhǎng)征五號(hào)遙五運(yùn)載火箭和嫦娥五號(hào)探測(cè)器在中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)完成技術(shù)區(qū)總裝測(cè)試工作后，垂直轉(zhuǎn)運(yùn)至發(fā)射區(qū)，計(jì)劃于11月下旬擇機(jī)實(shí)施發(fā)射。
本次嫦娥五號(hào)月球探測(cè)器計(jì)劃首次實(shí)現(xiàn)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(guó)探月工程重大科技專(zhuān)項(xiàng)“繞、落、回”三步走發(fā)展戰(zhàn)略畫(huà)上一個(gè)圓滿(mǎn)的句號(hào)。
地月之間平均單程距離約為38萬(wàn)公里，走一個(gè)來(lái)回將近80萬(wàn)公里，月球樣品中究竟有哪些奧秘值得我們?nèi)绱速M(fèi)力去挖掘？回望歷史，人類(lèi)在去月球“挖土”這件事上取得過(guò)哪些成就？本次我國(guó)嫦娥五號(hào)任務(wù)從取樣地點(diǎn)到采樣重量上會(huì)有哪些特別之處呢？
月壤雖是土，價(jià)值抵萬(wàn)金
“月壤即月球的土壤，雖然在月球上唾手可得，但是對(duì)地球人來(lái)說(shuō)卻蘊(yùn)藏著巨大的科學(xué)價(jià)值。”中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）行星科學(xué)研究所教授肖龍說(shuō)，月壤是研究月球的樣本，由月球巖石在遭受隕石撞擊、太陽(yáng)風(fēng)轟擊和宇宙射線(xiàn)輻射等空間風(fēng)化作用后形成，其中有大量的月球巖石碎塊、礦物及隕石等物質(zhì)。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。
“探測(cè)月球有3種常用方法。”全國(guó)空間探測(cè)首席科學(xué)傳播專(zhuān)家龐之浩告訴科技日?qǐng)?bào)記者，一是環(huán)繞探測(cè)，主要用于對(duì)月球進(jìn)行綜合性普查；二是著陸和巡視探測(cè)，主要用于對(duì)月球進(jìn)行區(qū)域性詳查；三是采樣返回探測(cè)，主要用于對(duì)月球進(jìn)行區(qū)域性精查。相比前兩種方法，采樣返回探測(cè)，可以將月球的月壤等關(guān)鍵性樣品運(yùn)回地面實(shí)驗(yàn)室供科學(xué)家進(jìn)行精準(zhǔn)分析研究，有利于進(jìn)一步了解月球的狀態(tài)、溫度、物質(zhì)含量等重要信息，深化對(duì)月壤、月殼和月球形成演化的認(rèn)識(shí)。
龐之浩表示，從技術(shù)層面看，3種空間探測(cè)方式有明顯的遞進(jìn)關(guān)系，每一步都是對(duì)前一步的深化，并同時(shí)為下一步奠定基礎(chǔ)，最終達(dá)到全面、深入了解月球的目的。完成月球取樣返回任務(wù)，需要經(jīng)歷一個(gè)全面、精細(xì)、深入的科學(xué)探測(cè)過(guò)程，可以突破一系列關(guān)鍵技術(shù)，并為今后載人登月和月球基地選址等提供有關(guān)數(shù)據(jù)、奠定技術(shù)基礎(chǔ)。
“挖土”有魅力，各國(guó)都很拼
“冷戰(zhàn)期間，當(dāng)時(shí)的航天超級(jí)大國(guó)美國(guó)和蘇聯(lián)都很熱衷于去月球采樣。”龐之浩介紹，蘇聯(lián)月球16號(hào)探測(cè)器從月球豐饒海取回了一塊101克的小樣本。月球20號(hào)探測(cè)器和月球24號(hào)探測(cè)器則分別從阿波羅尼厄斯高地和月球危海采集到了55克與170克樣品。
“載人飛船從月球采樣返回，不僅采集量大、選擇性強(qiáng)，而且采集范圍可以很廣，因?yàn)楹教靻T可以到艙外活動(dòng)，還能乘月球車(chē)漫游到比較遠(yuǎn)的地方去采集月球樣品。例如美國(guó)阿波羅系列任務(wù)采樣位置的地理分布、地質(zhì)特征就非常豐富。”龐之浩說(shuō)。
1969年7月至1972年12月，美國(guó)通過(guò)阿波羅11號(hào)到阿波羅17號(hào)載人飛船實(shí)施了7次載人登月任務(wù)，除了阿波羅13號(hào)因發(fā)生故障中途返回，其余6艘飛船皆完成登月，成功將12名航天員送上月球，共帶回月壤和月巖樣品約381.7千克。
據(jù)介紹，阿波羅11號(hào)著陸在月球赤道附近的寧?kù)o之海，選擇這個(gè)地點(diǎn)的原因是這里比較平坦，便于飛船降落和宇航員艙外活動(dòng)。
阿波羅12號(hào)與阿波羅14號(hào)均著陸在月球赤道平原上，前者著陸于風(fēng)暴海，后者降落在位于距離阿波羅12號(hào)著陸地右側(cè)177公里的哥白尼隕石坑。
阿波羅15號(hào)著陸在月球北半球中部阿基米德隕石坑?xùn)|南的亞平寧山脈腳下，而阿波羅16號(hào)則是人類(lèi)第一次在月球赤道以南的中部高地西奧菲勒斯隕石坑附近著陸。
阿波羅17號(hào)則在月球北半球的陶勒斯-利特羅山谷著陸，該地既可以從谷底采集較為年輕的巖石樣本，也可以從月球高地采集較老的巖石樣本。
“通過(guò)對(duì)月球樣品的分析，科學(xué)家們?nèi)〉昧素S碩的成果。”龐之浩說(shuō)，科研人員通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，月壤中含有大量微小的橘紅色玻璃形式顆粒，這些顆粒一般富含鋁、硫和鋅，它們是在月幔部分融化過(guò)程中，于月球表面下約300千米深處形成，因火山活動(dòng)而噴出到月球表面。通過(guò)對(duì)樣品的分析與實(shí)驗(yàn)證實(shí)，月壤和月巖中氧化鐵的含量很高，從中可以制取水和氧，未來(lái)可利用月面物質(zhì)支持月球基地的運(yùn)行，并為登月飛行器補(bǔ)充燃料。更重要的是，科學(xué)家還在采集回來(lái)的樣品中發(fā)現(xiàn)了核聚變的理想原料氦-3。按照目前地球的能源消耗規(guī)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。
嫦娥有特色，選址位置新
“我國(guó)嫦娥五號(hào)對(duì)月壤的采樣能力更強(qiáng)。”龐之浩表示，蘇聯(lián)月球16號(hào)、月球20號(hào)和月球24號(hào)3個(gè)無(wú)人月球探測(cè)器進(jìn)行了3次月球采樣返回任務(wù)，帶回的月球土壤樣品僅約330克，而我國(guó)僅嫦娥五號(hào)1個(gè)探測(cè)器就計(jì)劃帶回2千克月球樣品。
據(jù)龐之浩介紹，采樣重量會(huì)出現(xiàn)這么大的差別，是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的蘇聯(lián)尚未掌握月球軌道無(wú)人交會(huì)對(duì)接技術(shù)，所以其3次無(wú)人月球采樣任務(wù)采用的都是月面起飛直接返回地球方案，這樣其上升器需要克服返回艙與大量燃料帶來(lái)的巨大負(fù)重，因此極大壓縮了采樣重量。而嫦娥五號(hào)計(jì)劃采用具有世界領(lǐng)先水平的月球軌道無(wú)人對(duì)接方案轉(zhuǎn)移月壤，上升器不用搭載返回艙，只需少量燃料，因此采樣重量呈幾何級(jí)提高。
另?yè)?jù)相關(guān)報(bào)道，嫦娥五號(hào)的取樣地址也很有特色，具有很高的研究?jī)r(jià)值。嫦娥五號(hào)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陸，此地從未有其他國(guó)家的探測(cè)器到訪(fǎng)過(guò)。風(fēng)暴洋相對(duì)較年輕，富集鈾、釷、鉀等放射性元素，該地存在大約13億至20億年前的玄武巖，獲得這些年輕玄武巖的同位素年齡，將有助于推進(jìn)對(duì)月球火山活動(dòng)和演化歷史的認(rèn)識(shí)。
正如11月5日國(guó)際頂尖科學(xué)期刊《自然》刊文所言，嫦娥五號(hào)可以填補(bǔ)科學(xué)家對(duì)月球火山活動(dòng)研究的一個(gè)重要空白。此前對(duì)美、蘇獲取月壤樣品的研究表明，月球上的火山活動(dòng)在35億年前達(dá)到頂峰，然后減弱并停止。但對(duì)月球表面的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，某些區(qū)域可能含有最近10至20億年前才形成的火山熔巖，這與嫦娥五號(hào)著陸地區(qū)的年齡相仿。如果嫦娥五號(hào)采回的樣本能夠證實(shí)這段時(shí)間月球仍在活動(dòng)，將改寫(xiě)月球的歷史。