嫦娥五号今晨奔赴月球,国际同行是如何评价的?| 第一现场

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2020年11月24日凌晨4点半,嫦娥五号在海南文昌发射升空,火箭飞行约2200秒后,顺利将探测器送入预定轨道,开启中国首次地外天体采样返回之旅。国际同行认为,中国在航空航天领域技术细节上处理到位,并认为嫦娥五号将为未来无人探月任务创立新的标准。小赛今天凌晨也在海南文昌发射现场,现场的情况是“人从众”模式。

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2020年11月24日凌晨,嫦娥五号在海南文昌发射升空,图片来自国家探月工程

撰文 | 辛 玲

责编 | 叶水送

北京时间今天凌晨4点30分,起飞质量达8.2吨的嫦娥五号月球探测器在长征5号火箭的护送下,从海南文昌航天发射场一飞冲天,奔向月球。

此次任务的目标是从月球正面西北部获取2千克左右的月球岩石样品,并于12月中旬返回地球。

“这是近45年来首次月球采样返回任务,采样点也与之前美苏的不同,全世界将给予密切关注,” 美国乔治华盛顿大学空间政策研究所创始所长约翰·罗格斯顿(John Logsdon)告诉《赛先生》。

来自美国的一克赠品

上世纪六七十年代美苏太空争霸中,美国NASA通过六次阿波罗载人登月共获得了382千克月球土壤,苏联月球号三次无人采样共得到0.326千克的样品。然而自1976年月球-24号最后一次采样返回后,各国对探月的热情急剧消退,近年来美国大众和政客一提到月球,态度基本可以概括为“去过了,做过了,不稀罕了” (been there, done that)。

1978年,美国前总统卡特的安全事务顾问布热津斯基访问北京,向当时的国家主席华国锋赠送了一颗黄豆大小的月岩样品。样品嵌在有凸透镜效果的玻璃盒里,看着不小,其实重量只有1克。中国的天体化学家们如获至宝,小心翼翼地取出0.5克来做各种研究,发表了十几篇学术论文,并推断出这是阿波罗17号带回的样品。

其后的四十多年,中国终于一步一个脚印,逐渐发展壮大了自己的探月项目。中国科学家终于可以期盼在不久的将来研究自己的月球岩石样本了。这些全新的月球样品必将对人类现有的月球知识和太阳系演化历史做出重大补充,甚至提出挑战。

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嫦娥五号发射备受瞩目,现场的情况是“人从众”。

着落点选择吕姆克山有何意义

吕姆克山(Mons Rümker)位于月球正面西北部,是一个直径为70公里的火山堆。它属于最大月海风暴洋的一部分,而风暴洋向东则是多年前阿波罗和月球号取样返回的区域。

尽管中国航天局并未公布嫦娥五号在吕姆克山的具体着陆位置,全球科学家们对这一地区充满期待。美国圣母大学的地质学家克莱夫·尼尔(Clive Neal)认为,与阿波罗样品30-40亿年的年龄相比,吕姆克山部分区域的地质年龄可能相当年轻,仅有14-15亿年。目前我们对月球历史的基本认识是,月球上的地质活动(如火山喷发)于35亿年前达到顶峰,然后逐渐减弱并停止。“月球属于小天体,内部热动力有限,在20亿年前应该早已冷却了,不会再有火山喷发。”

如果嫦娥五号样品返回地球后,我们用最先进的实验定年技术确定其年龄确实在20亿年以下,那么人类对月球的基本认识将被改写。

嫦娥五号样品的定年还有助于我们更准确地预测太阳系固体行星的表面年龄。长期以来,科学家们用“数撞击坑”的方法来估计水星、金星、火星、小行星等的年龄:某一区域撞击坑越多,撞击坑密度越大,就越古老。这条撞击坑曲线(crater counting curve)的形状完全建立在阿波罗样品的基础上,因此具有局限性。由于嫦娥五号的取样点与阿波罗有较大差别,其样品将对行星年龄估算模型做出重要补充。

惊心动魄的一个月昼

尼尔为嫦娥五号出征感到异常兴奋。“毕竟天体取样返回不是每天都发生的事,”他在堆满书籍的圣母大学办公室接受《赛先生》视频采访时说。他对去年嫦娥四号成功着陆在月球背面印象深刻,认为中国在技术细节上处理到位,因而对嫦五的成功也相当乐观。

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嫦娥五号探月主要任务

工程方面,嫦娥五号是中国探月史上最复杂的一次任务。整个探测器由四大部分串联组成,从下到上依次为轨道器、返回器、着陆器和上升器。在不同阶段,四大部分以不同的方式分离、对接,以达到获取样品并护送其回到地球的目标。

当探测器到达月球后,轨道器-返回器组合将与着陆器-上升器组合分离,前者留在月球轨道上继续飞行,后者在11月27日月昼开始后择机着陆。着陆后,位于着陆器上的电铲将铲取月球表面风化层的土壤,同时自动打钻器将垂直钻取岩芯,两者采集到的样品放入并密封在上升器内的返回舱中。取样过程需在该月昼期间(约14个地球日)完成,避免月夜低温对取样设备的损坏。

取样完成后,着陆器将留在月球表面,而上升器从着陆器上起飞,进入月球轨道,并与在轨飞行的轨道器-返回器组合对接。装有样品的返回舱从上升器转移到返回器中,上升器随后脱离。轨道器-返回器踏上归途,随后轨道器在距离地球一定高度处脱离,仅剩含有样品的返回器利用跳跃再入的方式穿过地球大气层,落入位于内蒙古四子王旗的预定着陆区内。

国内媒体报道称嫦娥五号的整个飞行过程为23天,即月壤样品将于12月17日左右抵达地球。

珍贵的两千克

中国航天局至今尚未公布有关嫦娥五号样品的使用细则。据《自然》杂志本月初的报道,部分样品将存放于位于北京市朝阳区大屯路的中国科学院国家天文台。在经过铲取样品和钻取样品的分拣后,两类样品将分别用于四大类用途:科研类、展示类、永久保存类和永久保存备份类。

尼尔透露,美国政府实际上封存了大量的阿波罗样品,将留存给以后的科学家慢慢研究。去年,为了纪念阿波罗登月50周年,他的实验室拆封了两件真空保存的、来自阿波罗十七号的样品。“随着实验分析技术的日新月异,我们对样品的理解也将越来越深入。”

尽管外国科学家可以通过与中方合作的方式研究嫦娥五号采集回来的样品,尼尔将受到美国政府的特殊限制,难以参与到这千载难逢的机遇中来 — 除非他找到独立经费来源,或者得到中国政府的资助。他八十年代就从欧洲来到美国从事月球研究,与阿波罗样品打交道已经有三十多年了。“嫦娥五号是中国的项目,应该由中国科学家主导样品分析。” 但他也十分盼望能贡献自己的经验,将嫦娥五号的科学成果最大化。

中美太空之争,一个避不开的话题

“随着探月热潮在全球重新兴起和取样分析技术的极大提高,嫦娥五号将为未来无人探月任务创立新的标准,”罗格斯顿说。

他同时指出,尽管嫦娥五号的采样点与月球资源没有关系,整个任务在美国国内仍可能被政治化解读。虽然罗格斯顿本人始终主张将嫦娥工程的本质视为科学探索,但被问及美中是否是竞争对手时,他承认从中美目前并非合作关系的角度来看,确实属于竞争关系。

然而是否合作的现实并不取决于中方。现行的美国众议院沃尔夫条款(The Wolf Act)禁止美中之间任何与NASA有关或由白宫科技政策办公室协调的联合科研活动。谁拿联邦政府的钱进行双边合作谁就是违法,将面临严厉的法律后果。

未来美国政府的更替是否有望被打破这一僵局?罗格斯顿认为,虽然拜登政府的空间政策还有待细化,但是目前所有的迹象都指向一种延续性而非变革。

要想中美合作,美国政府必须废除沃尔夫条款,并明确表示愿意把中国纳入到全球探月计划中来 — 一个美国占据绝对领导地位的计划。

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