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欧阳自远:从探月起步,探索太阳系的星辰大海

2020-12-24 文汇报 任荃
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  欧阳自远表示,在人类深空探测中,月球探测是起点,火星探测是热点,小行星探测是亮点,行星际穿越探测是难点,向太阳系的星辰大海挺进是今后相当长时期的艰巨任务

  自2004年至今,中国探月已历时16年,从嫦娥一号到嫦娥五号,始终一步一个脚印,踏踏实实向前走。嫦娥五号23天的奔月之旅堪称完美,其中采样返回是我国探月工程“绕落回”三步走规划的最后一步,也是最困难、最复杂的一步。

  12月17日,嫦娥五号探测器带着约2千克月球样本平安回家。

  12月19日,嫦娥五号任务月球样品正式交接,标志着嫦娥五号任务由工程实施阶段转入科学研究阶段,我国首次地外天体样品储存、分析和研究工作拉开序幕。

  作为中国探月工程“绕落回”三步走规划的收官之作,嫦娥五号任务首次实现了我国地外天体采样返回,创造了中国航天史上的多个“第一次”。我国由此成为第三个实现月球采样返回的国家。

  在中国科学院院士、中国探月工程首任首席科学家欧阳自远看来,嫦娥五号23天的奔月之旅堪称完美,其中采样返回是我国探月工程三步走中的最后一步,也是最困难、最复杂的一步。伴随这关键一步的成功,中国人的航天梦也将翻开新篇章。

  “深空探测,探月只是一个起点,我们的目光已朝向更广阔的太阳系空间。”欧阳自远说,嫦娥五号成功“挖土”归来,让中国未来更有底气去火星、小行星等地外天体探测与采样返回,更有信心去探索太阳系的星辰大海。

  中国探月16年,踏踏实实向前走

  九天揽月星河阔,十六春秋绕落回。自2004年至今,中国探月已历时16年,从嫦娥一号到嫦娥五号,始终一步一个脚印,踏踏实实向前走。

  作为我国探月工程的主要建议者和推动者,欧阳自远主持撰写了中国探月工程的必要性与可行性报告、发展战略和长远规划报告,以及嫦娥一号的科学目标,并担任首任首席科学家,被誉为“嫦娥之父”。上世纪六七十年代,美苏在月球探索方面已先人一步,于是我国在制定三步走发展战略时,有一点很明确:“既然比别人晚去,就要做出点‘中国特色’。”

  2007年,嫦娥一号发射升空,实现了我国首次绕月飞行。科学家根据其拍摄数据制作了中国第一幅全月地形图和三维立体图,获取了近月空间环境等宝贵信息。尤其值得一提的是,根据嫦娥一号测定的土壤分布厚度及变化规律,科学家估算出月球上氦3的资源储量约为120万吨,可以作为继氘—氚和氘—氘核聚变发电后,开展氘-氦3核聚变发电的备用资源,供全人类使用上万年。

  如果说嫦娥一号探月是全球性、整体性和综合性探测,2010年升空的嫦娥二号则在距离月球更近的轨道上,对她“仔细端详”,绘制了迄今为止精度最高(分辨率为7米)的全月球地形图和三维立体图,测定了十几种元素的全月球分布。半年完成探测任务后,它又进行了一系列拓展试验:先飞行77天到达距离地球150万千米的日-地引力平衡点(拉格朗日L2点),打开探测仪器对太阳活动与爆发监测了235天,首次获得了大量观测数据;随后,嫦娥二号飞向距离地球702万千米处,与图塔提斯小行星交会探测,第一次获得小行星的图像、大小、表面形貌等特征与参数。目前,嫦娥二号成为一个人造小天体绕着太阳飞行,预计2029年将绕到地球附近。

  2013年底,嫦娥三号在月球正面虹湾地区软着陆。着陆器上搭载的巡天望远镜和另一台监测地球照相机分别在月球上仰望月空、俯视地球,这在人类历史上都是头一次。目前嫦娥三号着陆器仍在工作,是世界上在月面工作时间最长的着陆器。

  嫦娥三号完成了中国探月三步走的第二步“落月探测”,接下来的四号和五号该去月球哪里?欧阳自远说,这其中关系到破解月球演化历史的两大关键问题。此前各国一系列月球探测表明,月球的历史大约在距今40亿年至30亿年之间。往前,没有发现比40亿年更古老的岩石;往后,也没有比30亿年更年轻的火山熔岩。月球的演化史真是这样吗?中国的嫦娥四号和嫦娥五号就是要去别人没去过的地方,回答这“一老”“一新”两大科学问题。

  2018年底发射的嫦娥四号实现了人类首次月球背面软着陆。之所以选择去人类从未去过的月球背面,就是想搞清楚月球40亿年前的历史。大约40亿年前,一颗大型小行星撞击在月球背面,形成了一个直径达2480千米的艾肯撞击盆地,也是太阳系最大的撞击盆地,盆地内挖掘和暴露出大量40亿年前的古老岩石。嫦娥四号着陆在艾肯盆地内的冯卡门撞击坑,科学家推测,那里可能有更古老的岩石出露。中国派去的“玉兔二号”月球车果真探测到了更古老的物质,还有深部的月幔物质。

  此外,嫦娥四号在月球背面还接收到了银河系、太阳系中各种低频、甚低频的电磁波信号,取得了大量前所未有的新信息,这也是人类第一次。受地球电离层的严重干扰,地球上接收不到这些无线电信号。而月球正面屏蔽了地球电离层干扰,使得月球背面成为科学家梦寐以求的理想研究场所。

  嫦娥五号带回的土为何如此重要

  在此次嫦娥五号赴月球采样之前,人类已经有四十多年没有从月面采集月壤和月岩了。随嫦娥五号一起回家的1731克月球样本,因此显得格外珍贵。而其更重要的科学意义则蕴含在嫦娥五号的着陆地点中。

  欧阳自远告诉记者,嫦娥五号的着陆点位于月球正面最大的月海——风暴洋西北角吕姆克山脉附近,此地从未有其他国家的探测器到访过。据观测,这里的小天体撞击坑比较少,在地质年代上可能更年轻。有科学家推测,该地存在距今30亿年至20亿年、甚至比20亿年更年轻的玄武岩。嫦娥五号带回家的这捧土,或将刷新人类对月球火山活动和演化历史的认识。

  此前,美苏月球探测所获得的岩石表明,月球上的火山活动在35亿年前达到顶峰,随后逐渐减弱并停止。这是否意味着月球能量早在30亿年前已经耗尽,只剩一个躯壳?近来,对月球表面的观测发现,某些区域可能含有近10亿年至20亿年前形成的火山熔岩——如果嫦娥五号带回的样本证实这段时间月球仍在活动,那么月球就不像我们之前所认识的那样,在距今30亿年时已经“死亡”了。

  身为一名天体化学与地球化学家,欧阳自远十分关注此次月球样本的后续研究,“很期待能够补充月球演化历史,尽早把月球的年龄测出来”。尽管已是85岁高龄,但提起月球样本他仍掩饰不住内心的兴奋与激动。

  作为与新中国正式建交的礼物,1978年,美国将一份1克月球样本赠送给中国。因为研究过天上掉下来的陨石,40岁出头的欧阳自远有幸成为这份珍贵样本的研究者。这颗黄豆大小的月球样本,他只用了一半来研究,把另外0.5克送给北京天文馆珍藏并向公众展出。就是靠着这0.5克的微量样本,欧阳自远带领团队判断出该样本是在阿波罗17号任务中采集的,并确认了采集地点,还“破解”了小石头的身世和历史。根据这份样本研究,他们发表了14篇学术论文。“后来美国同行见到我们时说:‘这下你们全都知道了。’”欧阳自远也就此与探月结缘。

  目前,嫦娥五号从月球带回的这份珍贵礼物已“安家”中科院国家天文台。后续,国家天文台将做好月球样品的存储、制备和处理,组织开展系统性分析研究工作,不断深化人类对月球成因和太阳系演化历史的科学认知。

  探月的眼光绝不止停留在月球

  月球是离地球最近的一个星球,又蕴含丰富的资源、能源和特殊环境,无论从技术、科学还是经济等方面考虑,各国在空间探测领域大都先从探月开始。中国的探月工程也是我国空间探测的起点。

  据透露,目前基本明确探月工程四期还有三次任务:嫦娥六号计划从月球极区或月球背面采样返回;嫦娥七号将是在月球南极进行的一次针对月球的地形地貌、物质成分、空间环境的综合探测任务;嫦娥八号除了继续进行科学探测试验外,还要进行一些构建月球科研基地的前期探索。

  欧阳自远表示,鉴于嫦娥五号采样返回的出色表现,之后赴月球其他任何地方采样都将更有信心。在他看来,月球不是探月的终极目标,火星是具有关键意义的地方。

  “月球探测只是起点,而非人类深空探测的终极目标。”欧阳自远说,虽然从太阳系空间尺度来看,月球与地球38万公里的距离非常“近”,但它的各项条件并不适合人类生存,也较难改造,这注定了它只能成为人类在太空中的“哨所”“基地”和“中转站”。经它中转的下一站,则是人类一直向往的火星。美国已计划建立月球空间站,并宣布将于2024年让宇航员重返月球。欧阳自远认为,有了月球空间站,载人登月将变得更加容易,下一步迈向火星的路途也就更加平坦。

  目前,世界各国在南极冰盖已找到7万块来自地外天体的陨石,其中包括400多块月球陨石、200多块火星陨石。中国南极考察队在南极地区已经收集到12400块陨石。尽管科学家可以在地球上研究火星陨石,反演出它们的历史,但无法确定它们从火星的什么地方来。如果能够赴火星采样带回地球,则能将它们之间的信息勾连起来,构建起完整的“火星故事”。

  除了已经开展的首次自主火星探测任务,中国的深空探测还将眼光投向更远的太阳系天体。据透露,我国目前已规划了三次行星探测任务,包括一次小行星的探测和取样,一次火星的采样返回,还有一次木星系环绕探测和行星穿越探测。

  欧阳自远表示,在人类深空探测中,月球探测是起点,火星探测是热点,小行星探测是亮点,行星际穿越探测是难点,向太阳系的星辰大海挺进是今后相当长时期的艰巨任务。

打印 责任编辑:阎芳
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