阿波罗11号登月秘密(九):我们对月球的认知仍不完整

2019-07-20 08:04:37 来源: 知否 举报
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编者按:1969年7月16日,宇航员尼尔·阿姆斯特朗(Neil Armstrong)、巴兹·奥尔德林(Buzz Aldrin)和迈克尔·柯林斯(Michael Collins)从位于美国佛罗里达州的NASA肯尼迪航天中心的39A发射台起飞,踏上了月球之旅,同时也被载入史册。四天后,阿姆斯特朗和奥尔德林将阿波罗11号登月舱“鹰”号降落在月球上的静海,成为首次踏上月球表面的人类。

今年是阿波罗11号登月任务50周年,网易科技《知否》栏目组特别推出“你不知道的登月秘密”系列文章,一起回顾人类探月进程中那些鲜为人知却值得纪念的瞬间。

今天推出系列文章第九篇《阿波罗11号登月秘密(九):我们对月球的认知仍不完整》。

更多精彩内容请关注纪念专题:“人类登月50年”

作者 | 止水

出品 | 网易科技《知否》栏目组(公众号:tech_163)

“春江潮水连海平,海上明月共潮生。滟滟随波千万里,何处春江无月明!”唐代诗人张若虚在江潮观月写下传世名篇《春江花月夜》时,或许做梦也没想到,后世之辈不仅能观月赏月,还能让“嫦娥”探月登月。

在1976年之后,美苏登月竞赛告一段落,人类“探月引擎”一度熄火。

在1990-2010,这20年的人类探月进程中,中国的“嫦娥探月工程”强势崛起,令国人信心倍增的同时,也令世界为之侧目。然而,“嫦娥”一次次成功“奔月”,也常常会让我们忽略一点,“探月”舞台上的选手,不单单只有中国。

在这第二轮探月大潮中,日本、美国、欧洲宇航局、印度等等这些新时期的“弄潮好手”,各自又都表现得如何呢?功过是非自有评判,我们且慢慢回溯诸方探月强国各自的历史“高光时刻”。

2003年的欧洲:“我们对月球的认知仍不完整”

在2003年之前,先后已有五艘阿波罗载人飞船和三艘苏联无人飞船登陆月球,采集并带回了一些月球岩石样本,对于当时的人类来说,月球仍有许多未解之谜。

月球是如何形成的?没人晓得。而月球的另一面,那个从未正对过地球的地方,以及月球的极地区域,对我们来说,仍是一片未被探索过的地方。

除此之外,虽然在上世纪90年代的时候,美国的两个月球轨道探测器曾发现过一些比较间接的证据,但对于“月球上是否存在着水”的这个问题,还是无人能答。

“这可能会令人非常惊讶,但我们对月球的认知仍是非常不完整的,我们仍想知道地球-月球系统是如何形成和演化成如今的模样,我们仍想知道诸如火山运动、地质构造、陨石坑形成以及太空风化侵蚀等地质变化过程,对月球塑形的影响。”

“还有一点,为了给未来更进一步的月球、星际探索项目做准备,我们还需要寻找适合开采的资源和合适的着陆点。”

2003年,在欧洲航天局(European Space Agency)负责SMART-1计划的月球研究专家伯纳德·佛英(Bernard Foing)这样说道。

正是在这样的背景下,继前苏联、美国和日本之后,欧洲航天局于2003年在法属圭亚那的欧洲航天局发射中心,借助阿丽亚娜5型运载火箭,成功发射了其首颗月球探测器SMART-1。

阿波罗11号登月秘密(九):我们对月球的认知仍不完整

SMART-1是欧洲航天局“尖端技术研究小型任务”(Small Missions for Advanced Research in Technology)系列计划中的第一项研究项目。欧洲航天局用“SMART”为探测器命名,主要是因为该探测器执行的任务虽很小,但使用的却全部都是当时最为尖端的技术。

在能源利用方面,SMART-1使用氙气燃料,幷采用太阳能离子发动机为其提供推进动力,太阳能离子发动机利用探测器自身太阳能帆板将太阳能转化为电能,再通过电能电离惰性气体原子,从尾部喷射出高速氙离子流,从而为探测器提供动力,因此从外表看上去,SMART-1喷出的是鬼火般的蓝色光。

阿波罗11号登月秘密(九):我们对月球的认知仍不完整

得益于离子推进发动机的使用,SMART-1从离开地球到最终到达观测轨道,一共只消耗了75公斤的惰性气体燃料氙,其燃料利用的效率比传统化学燃料发动机高10倍。

然而,这种动力装置也存在着一个很显著的缺点,那就是它所产生的推力很小,仅仅相当于托起一张明信片,因此它只能为SMART-1提供0.2毫米/平方秒的超慢加速度。

这个重量仅为366公斤,体积只有1立方米的探测器,用它“小巧”的身躯内容纳了大量高科技设备。

除了离子发动机之外,SMART-1还上装备了高清晰度微型摄像机、红外线及X射线分光计等当时最先进的探测设备,当SMART-1在在月球轨道上飞行的时候,这些设备拍摄并传回了月球表面的2万多张图像,其清晰程度也远超以往,X射线分光计也帮助科学家第一次获得了月球表面包括钙和镁在内的一些化学元素的含量数据。

作为是欧洲人的骄傲,SMART-1实现了很多的世界第一,为欧洲乃至全世界的科学家提供了大量的新数据。

通过SMART-1长时间环绕月球极地轨道飞行时所记录下的数据,欧洲航天局的科学家们绘制了月球表面的整体外貌图,其中就包括人们过去缺乏了解的月球不可观测面以及极地地区的概貌。

除此之外,通过SMART-1,科学界第一次发现了月球极地与赤道区域许多不同的地质构造,也让人类第一次认识到在接近月球北极的地方,存在一个“日不落”区域,这个区域甚至在冬季都始终有阳光照耀。

除了常规的轨道飞行观察和软着陆观测之外,随着科学技术的进步,科学家们还找到了一种通过撞击天体,观察天体内部物质的新型研究方法,该方法能帮助他们探索该天体的成因和成分,成为了人类探索宇宙未知世界时比较好的选择。

2006年9月2日夜晚至3日凌晨,SMART-1项目背后技术支持团队——欧洲科学家、工程师和操作人员——一直守候在德国达姆施泰特欧洲航天控制中心,他们目睹了SMART-1在精准控制下撞击月球的最后时刻。

当操作人员宣布“我们已经着陆”时,控制中心大厅内响起了一片掌声。

阿波罗11号登月秘密(九):我们对月球的认知仍不完整

根据欧洲航天局的说法,在SMART-1撞击月球表面的过程中,其进入角度大约为1度,速度大约为每秒2公里。SMART-1的撞击时间和地点事先都经细致计划,为的是便于地面观测者通过望远镜观察撞击过程。

而SMART-1这次撞击意义也非常重大,它直接奏响了人类新一轮探月高潮的前奏。

新一轮探月热潮的掀起将有三方面的意义:首先,有望进一步确认月球的起源。通过第一轮的探测,人类对月球的形成已经有了新的看法,当时的学界认为月球是46亿年前,一个类似火星大小的天体与地球相撞溅射出的物质围绕地球旋转聚集而成的。然而,这还只是一个假说,需要经过人类的进一步探索来验证。

其次,月球上有着丰富的资源,如氦山,这些正是人类所急需的,而新一轮探月有助于人类未来对这些资源的开采和利用。

第三,月球将会成为人类新的科学基地,其中包括设立月球天文台,这是由于月球上有着地球表面所不具备的观测条件,新一轮探月将帮助人类实现这些愿望。

当然,SMART-1之所以能重新唤起对人们探索月球奥秘的热情,其中有一部分原因其实在于SMART-1计划相对低廉的成本,它的造价只有1.1亿欧元(约8.7亿元人民币)。

欧洲航天局科学项目主管戴维·索思伍德表示:“在欧洲航天局所执行过的所有项目里,SMART-1都代表着一个巨大的成功,无论是站在技术的角度,还是站在科学的角度去看,SMART-1都有着非常好的投资回报。”

“似乎从现在起,地球上的每个人都在筹划着他的‘月球之旅了,我们从SMART-1技术研发和操控过程中获取到了很多的经验,这将有利于我们继续开展后续的科学探索行动。而与此同时,SMART-1所收集的科学数据,也已帮助我们更新对月球以往的认识。”

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乔俊婧 本文来源:知否 责任编辑:乔俊婧_NBJ11279
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