中国将在月球南极建科学基地!最佳地点为什么是这里?

中国打算牵头建设一个“国际月球科研站(ILRS)”,项目选址初步定在月球的南极地区。我们现在就来分析一下,它选在什么位置最好呢?

月昼与月夜

关注嫦娥三号和嫦娥四号月球探测器的朋友们一定注意到,每隔大约14天,嫦娥探测器和玉兔月球车都会进入“休眠”,再过14天,它们又从沉睡中苏醒,开启新一轮忙碌的科学探测活动。

为什么嫦娥一睡就是14天,难道真是“天上一日地上千年”吗?

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嫦娥四号

当然不是。

月球是地球的卫星,它围绕着地球转圈圈,大约每27天又8小时绕地球转一圈,这就是月球的公转周期。月球也有自转,它的自转周期与公转周期相同,这是因为地月间潮汐引力的关系,月球始终有一面对着地球,而另一面在地球上永远看不见。

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我们始终只能见到月球的正面

这样,在地球与月球一起围绕太阳运转的过程中,太阳光会每一个月把月球照亮一遍。当你站在月球上,会有14天是白天,而另外14天是伸手不见五指的黑夜。

月球上没有空气,白天的时候阳光充足,月表温度达100℃以上,而在无光照的14天里,月表温度骤降至-150℃以下。没有阳光为太阳能电池供电,极低的温度又会损害昂贵的电子设备,于是人类发射到月球表面的探测器都会采用月夜休眠的模式,什么活儿都不干,睡觉。

月球极地的长白昼

在地球的南北极有极昼和极夜现象,由于地球的自转轴与绕太阳公转的黄道面不垂直,加上地球大气折射,在一年中有半年天都是亮的。

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月球与地球的角度关系

月球的赤道面与黄道面夹角只有1°左右,所以太阳光几乎可以水平照射在月球极地的地平线上。在月球两极的高处,你可以在一年的大部分时间里看到太阳。

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一年中月球南极的光照情况

同样地,在月球两极一些低洼的地方,则几十亿年都没有阳光照耀,那里被称为永久阴影区。

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撞击坑中的永久阴影区

极地的价值

鉴于前文所提出的理由,月球的极地因此具备了许多其它地区没有的科学研究价值。

一方面,永久光照区可以为月球着陆器以及未来的科学研究基地提供源源不断的能源供应,同时可以保证科学探测设备获得宝贵的热能。另一方面,那些很少被太阳照射到的地方,由于辐射剂量远远低于月球低纬度地区,因此可以保留许多原始的物质,比如水冰和其它一些容易挥发的化学元素。

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月球南极可能分布大量水冰

自1959年苏联人发射第一颗月球探测卫星“月球1号”至今的61年间,人类已经向月球发射了一百多颗探测仪器,同时也有12名宇航员成功登上月球。即便如此,我们对月球的探索仍未终止,月球上依然有许多谜团等待科学家们解开。而谜题最多的地方,就是月球的背面和它的两极。

2019年1月3日,嫦娥四号月球探测器携玉兔月球车在月球背面的艾特肯盆地着陆,由此开启人类首次对月球背面的实地科学探索。

艾特肯盆地也属于月球南极范围,加之位于月球背面,因此嫦娥四号探测的科学意义巨大。但这里的环境条件与嫦娥三号区别不大,因此嫦娥四号也一样需要进行14天的月夜休眠。

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嫦娥三号在月球表面

月球的南极点位于艾特肯盆地的南缘,由于几十亿年来这里鲜有阳光照射,因此储存了许多关于月球诞生之初的重要痕迹,在这里,你甚至可以找到太阳系形成过程的重要线索。

对于普通人来说,大家最津津乐道的还是埋藏于南极环形山冷阱中大量的水冰。它可能来自于彗星的撞击,也可能被太阳风裹挟到这里,还有可能来自地球或其它什么地方。这些水冰究竟是如何产生?它们到底有多少?未来如何开采利用?这些都是科学家们关心的问题。

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沙克尔顿环形山内部可能存在水冰

沙克尔顿环形山

沙克尔顿环形山(shackleton crater)位于月球的南极,它是由远古小行星撞击形成的陨石坑,其直径为21公里,深4.2公里。南极点恰好处在环形山的边缘。

沙克尔顿环形山大约形成于35亿年前,并且在大约20亿年前,它的底部就再也没有被阳光照射过。在撞击坑内部,各国的探测器都探测到挥发性羟基物质,由此推断其中可能存在丰富的水冰,这将为未来人类探索月球开发月球提供便利。在月球的其它地方,由于太阳光和宇宙辐射的影响,月表水已经完全消失。

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沙克尔顿环形山

如果中国在沙克尔顿环形山的最高点建设科学基地,只需要将太阳能帆板垂直竖立起来,就能在一年中的绝大部分时间里接收到太阳光的照射。这一方面可以增加科学探测的时间,大幅提高研究效率,还有利于科学设备的热管理,只要位置选的合适,探测器基本不需要休眠。

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环形山的有永久光照区

与此同时,机器人还能很方便地对月球永久阴影区以及周围低光照区域展开探测,未来甚至能将耐寒的机器人送到撞击坑的底部进行科学采样。

有朋友可能会说,环形山的边缘太狭窄,地无三尺平,不利于探测器着陆啊!

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对于嫦娥七号来说,这里还是很宽阔的

如果放在以前这确实是个难题,但今天,我们嫦娥三号和四号的着陆技术以及悬停壁障已经达到炉火纯青的水平,对在狭窄区域的着陆是有把握的。

事实上,沙克尔顿环形山的山脊并不是没有相对平坦之处。如果我们将这个地区的照片放大,就可以发现,它其实与月球的其它地方并没有太大区别。只要着陆控制技术过关,别像印度那样,别说在月球南极点着陆,就是选择在更高的山顶降落也不是问题。

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更加理想的着陆点

因此,我大胆猜测,如果嫦娥七号选择在月球南极降落,它应该选择在距离南极点10公里的A点着陆,这里的位置更高,阳光不受遮挡,是最为理想的着陆区。

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预测嫦娥七号着陆区

我们的征途是星辰大海!

大家一起为中国加油!

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