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這就是中國優勢 | 科技優勢(四)嫦娥探月:為人類取回21世紀的第一批月球樣品

華夏經緯網 > 新聞 > 熱點聚焦      2022-06-28 10:45:19

這就是中國優勢?科技優勢

【導語】“可上九天攬月,可下五洋捉鱉,談笑凱歌還。”這是一種豪情與詩意,也是當今中國正創造的奇跡。中國人對未知的好奇、對探索的渴望、對困境的思考以及對美好未來的期待,推開了一扇扇嶄新世界的大門:空間探測、生物醫藥、人工智慧、量子科學……中國科技創新的步伐從未停止。正如習近平總書記所説,一切偉大成就都是持續奮鬥的結果,一切偉大事業都需要在繼往開來中推進。新時代必將是大有可為的時代。


近觀月壤一克,遙測星河萬年。2004年,中國正式開展月球探測工程,以“嫦娥奔月”的神話命名其為“嫦娥工程”。在完成月球探測“繞、落、回”三步走中的繞月與著陸探測之後,嫦娥五號探測器2020年12月1日在月球正面風暴洋西北處呂姆克山脈附近著陸,採集到重達1731克的月球樣品,于2020年12月17日成功凱旋,首次實現了中國地外天體採樣返回,標誌著中國的月球探測工程取得了重大進展和突破。

2020年11月24日,中國用長征五號遙五運載火箭成功發射探月工程嫦娥五號探測器,開啟我國首次地外天體採樣返回之旅。(圖源:中國探月工程)

2020年11月24日,中國用長征五號遙五運載火箭成功發射探月工程嫦娥五號探測器,開啟我國首次地外天體採樣返回之旅。(圖源:中國探月工程)


探月極限挑戰之旅開啟

月球,是距離地球最近的自然天體,它已經默默地陪伴著地球走過了40多億年的歷程。作為星辰大海的第一站,各國在空間探測領域大都先從探月開始。中國從2004年起開始實施嫦娥探月工程,包括“繞、落、回”三期。顧名思義,第一期探測器的任務是繞月飛行探測,第二期要實現在月球上著陸與巡視,第三期則肩負採樣返回的任務。

中國探月工程三步走戰略(圖源:中國探月與深空探測網)

中國探月工程三步走戰略(圖源:中國探月與深空探測網)

2007年10月24日,中國發射第一個月球探測器嫦娥一號。它運作在距月面約200千米高的圓形極軌道上,採用了較多新技術。例如,三體定向技術、紫外敏感器等,用了修2千米地鐵的錢造了38萬千米的天路。它于同年11月20日傳回第一幅月面圖像,從而豎起了繼人造衛星、載人航太之後,中國航太的第三個里程碑。

2010年10月1日,嫦娥二號發射,進一步挑戰全新技術,結束月球探測任務後,飛過距離地球150萬千米的日地拉格朗日2點,使中國成為造訪拉格朗日2點的前三甲。隨後,嫦娥二號又成功變軌,對圖塔蒂斯小行星進行飛越探測,使中國成為世界第四個探測小行星的國家。

2013年12月14日,嫦娥三號帶著中國第一艘月球車玉兔號在月球表面軟著陸,成為繼美國阿波羅號和蘇聯月球號任務的37年以來再次訪問月球的人類使者,這標誌著中國探月工程實現了“繞”到“落”的跨越,也讓中國成為世界上第三個掌握落月探測技術的國家。

嫦娥四號拍攝的第一批月球背面圖片,這也是世界首張近距離拍攝的月背影像。(圖源:國家航太局)

嫦娥四號拍攝的第一批月球背面圖片,這也是世界首張近距離拍攝的月背影像。(圖源:國家航太局)

2019年1月3日,嫦娥四號和玉兔二號月球車降落在月球背面,並拍攝世界首張近距離拍攝的月背影像圖,那是人類從地球上從未見過的月球表面,也是人類探測器首次在月球背面軟著陸。此前人類未能成功讓探測器在月球背面登陸,主要原因是從該位置與地球通信,在技術上無法實現。為了解決這一難題,中國2018年5月21日率先發射了一顆中繼衛星鵲橋,幫助把從月球背面發出的信號傳送回地球。

BBC新聞網報道稱,在太空探索領域,中國的發展相對較晚。但是中國把宇航員送入太空僅15年後,太空探測器就成功在月球背面登陸,這是人類探索史的首次。

2020年11月24日,嫦娥五號成功發射,並於12月17日攜帶月球岩石和土壤樣品安全返回著陸,標誌著中國探月工程“繞、落、回”三步走的規劃順利收官。這是自1976年蘇聯“月球20號”探測器月球採樣之後,人類時隔44年再次迎來月球樣品,使中國成為世界上第三個從月球取樣的國家。


嫦娥探月探到了什麼?

嫦娥五號月球樣品(圖源:新華社)

嫦娥五號月球樣品(圖源:新華社)

月球的表面不是堅硬的岩石,而是覆蓋了一層鬆散的土壤,科學家稱之為“月壤”。月壤既是人們肉眼觀察和遙感探測的直接對象,也是著陸與巡視探測以及採樣返回的主要承載物和目標物。可以這麼説,要想探月必須先研究月壤。

在中國嫦娥五號帶回1731克月球樣本之前,人類歷史上只有美國和蘇聯曾從月球上帶回過樣品。美國阿波羅登月計劃的6次任務,一共從月球正面的6個不同地點採集並帶回了382千克的月壤和月岩樣本;蘇聯的3次月球號任務也採集到了300克左右的月壤樣品。

特別的是,嫦娥五號的著陸區不同於以往美國和蘇聯的採樣點,該區域出露有較為年輕的月球玄武岩。因此通過研究嫦娥五號月壤,能夠讓人們從空間以及時間兩個維度重新認識月球的形成與演化歷史。

嫦娥五號著陸器全景相機拍攝的採樣區(圖源:中國探月工程)

嫦娥五號著陸器全景相機拍攝的採樣區(圖源:中國探月工程)

月球地質壽命“延長”10億年

國際頂級學術期刊《科學》2021年10月8日發表了首篇以嫦娥五號返回樣品為研究對象的學術論文“嫦娥五號年輕玄武岩的年代與成分”。中國地質調查局地質研究所北京離子探針中心團隊研究證明,月球直至19.6億年前仍存在岩漿活動,使目前已知的月球地質壽命(29億年)“延長”了10億年,刷新了此前國際上對於月球玄武岩地質年齡的認識。

月球最“年輕”玄武岩年齡約為20億年

中國科學院研究證明,嫦娥五號月球樣品為一類新的月海玄武岩,填補了美國和蘇聯月球採樣任務的“空白”。科研人員對嫦娥五號月球樣品玄武岩岩屑中50多顆富鈾礦物進行分析,證實月球最“年輕”玄武岩年齡約為20億年。這項研究,讓月球岩漿停止的時間推遲了8億年。

嫦娥五號著陸區或曾多次火山噴發

中國科學院紫金山天文台聯合南京地質古生物研究所通過嫦娥五號月球樣品研究發現,嫦娥五號著陸區歷史上可能曾經發生過多次火山噴發活動。

嫦娥五號揭示著陸區月表水含量

中科院地質地球所行星科學團隊與上海技術物理研究所、國家空間科學中心等團隊合作,首次獲得了月表原位條件下的水含量。研究顯示,1噸月壤中約有120克“水”,1噸岩石中約有180克水。科研團隊介紹,光譜儀所探測到的水指礦物裏的水分子或者羥基,在一定條件下才能轉化為可以喝的水。

建立新的月球年代函數模型

中國科學院空天資訊創新研究院及合作者,利用嫦娥五號月球樣品的同位素年齡和著陸區撞擊坑統計結果,在目前常用月球年代函數的基礎上建立了新的更精確的年代函數模型,為月球和行星科學研究提供更精確的時間尺規。

揭示太空風化作用奧秘

中國科學院地質與地球物理研究所科研團隊聯合北京高壓科學中心、中科院國家空間科學中心的科研人員,獲得了單個嫦娥五號月壤顆粒表面的硅酸鹽、氧化物、磷酸鹽和硫化物的太空風化作用資訊。研究表明,嫦娥五號月壤的太空風化作用主要是受到微隕石撞擊、太陽風及宇宙射線的輻照等因素的共同作用。

有望借助月壤生産氧氣和燃料

南京大學、香港中文大學(深圳)、中國科學技術大學合作發現,嫦娥五號帶回的月壤樣本中,一些成分可作為催化劑,在太陽光作用下,將水和二氧化碳轉化為氧氣、氫氣、甲烷和甲醇。基於這一發現,研究人員提出,未來可利用月球自身資源建設月球基地,支援深空探測、研究和旅行。

以上多項突破性進展給出了對月球演化的全新認識,對未來的月球探測和研究開闢了新的方向,得到國際專家高度評價。


中國探月目光鎖定月球南極

2020年12月17日淩晨,嫦娥五號返回器攜帶月球樣品,在內蒙古四子王旗預定區域安全著陸。(圖源:新華社)

2020年12月17日淩晨,嫦娥五號返回器攜帶月球樣品,在內蒙古四子王旗預定區域安全著陸。(圖源:新華社)

中國探月工程四期經過多年論證,已于2021年底正式通過立項審批,進入全面實施階段。其中,嫦娥六號計劃在月球極區進行採樣返回,爭取從月球極區採集一公斤到兩公斤樣品回地球;嫦娥七號將在月球南極著陸,對月球資源進行勘察,並尋找著陸點;嫦娥八號則將與嫦娥七號協同工作,主要任務是勘察如何對月球南極的資源進行開發利用。

根據計劃,中國將通過探月工程四期任務,在月球的南極建立月球科研站基本型。據中國探月工程總設計師吳偉仁介紹,月球南極可能存在極晝和極夜現象,極晝期間可能連續180多天有光照,對於執行無人或有人探測任務是一大便利。而在月球找水亦是一大目標,月球南極有很深的月坑,裏面可能有水,由於常年不見陽光,很可能是以水冰的形式存在。在月球南極著陸後,飛躍器將到月坑勘察,採集樣本,一旦找到水將為科研站的長期運作甚至未來人類去月球南極短期考察提供有利條件。

根據設想,長期運作的國際月球科研站爭取在2035年之前建成,除了指揮中心,還有多個分別在月球軌道和月球表面協調工作的軌道器和巡視器,同時還要建立月球通信系統,比如在月球上設立WiFi,保證指揮暢通。而月球科研站未來成為深空探測轉机站也只是時間問題,屆時飛行器可在月球補加推進劑、燃料,航太員可在月球降落休息,再飛往更遠深空。吳偉仁表示,“這個都是長遠的事情,目前科學界認為是可以實現的。”

中國深空探測的目光,已落在無垠的星辰大海。隨著中國探月工程“繞、落、回”三步走規劃圓滿完成,中國人的嫦娥奔月由神話變為現實。或許在不久的將來,中國載人飛船登陸月球的那天,我們將在月壤上建設月球基地,實現月壤的就地使用。期待下一次中國探月工程的高光時刻!


(資料來源:中國探月與深空探測網、中國探月工程、新華社、中新社、央視新聞、科技日報)



責任編輯:姚思寒
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