錢江晚報·小時新聞記者 章咪佳
此刻,中國嫦娥五號月球探測器正從月球飛回地球的路途上。
全世界都在等待它的迴歸。
錢江晚報·小時新聞即將推出“星空特刊”,記錄中國的探月徵程。在嫦娥五號即將回到地球懷抱之際,我們也將陸續開始推送系列文章,講述人類與月球之間的互動。
今天要講述一個前傳故事。我邀請的科學顧問,是北京大學地球與空間科學學院教授、中國空間科學學會、空間探測專家委員會副主任焦維新。焦教授是研究太陽系行星的專家,他曾經在2001年中國第三次探月研討會上,首次正式提出:以“嫦娥”,作為中國探月工程的名稱。
焦教授給我講了兩個晚上課,梳理了人類完整的探月經歷。這其中的變化、挑戰,希望、悲壯,都曾經帶給全人類智識上的巨大勇氣。
或許仍然有人會問:為什麼要探月?
借用肯尼迪先生(John F. Kennedy)在1962年美國登月前發表的著名講演中的說法:
“我們決定去登月!我們決定去登月!
並不是因為它們輕而易舉,而是因為它們困難重重,因為這個目標將考驗我們最頂尖的技術與力量,因為這個挑戰是我們願意接受的。”
回到月球·探月前傳
國際空間站運行到大西洋上空時拍攝的滿月照片 圖片來源 NASA
1972年,一段舉世矚目的偉大愛情走向了終點:
人類對月球的痴迷戛然而止。經過六次登月之後,人類開始厭煩月球。此後再也沒有人回到這座星球。
這是因為熟悉而生厭的典型示例。月球的確有些乏味,貧瘠荒蕪,毫無色彩。
此後人類探索的目光,轉向了更多未知的世界。太陽系中許多別的衛星,看起來都比黯淡無光的灰色月球要有趣得多。人們開始遺棄月球。
但是這一切,即將改變。
這是人類與月球之間的愛情故事,我們如何愛上月球,如何對它生厭,如今我們又是如何緩慢但堅定地重新愛上它。
高峰
1958~1976年,由政治競爭驅動的美蘇登月爭霸,推動了人類歷史上的登月高峰期。這一時期,美國和蘇聯共發射了95顆月球探測衛星,成功率44.2%。
1.
人類對月球的愛戀,歷史漫長,月球在黑暗的宇宙中,始終默默地陪伴著地球,俯瞰著地球成長的整個過程。但月球來自何處,由什麼構成的,還有人類最想知道的問題:月球是否跟地球一樣,也孕育了生命呢?
要知道月球上到底有什麼,唯一的方法,是飛去月球去看一看。
1958年10月11日,美國先鋒1號(Pioneer 1)月球探測發射,由此開啟了人類對月球的探索旅程。不過這個探測器沒能進入軌道。
1959年1月2日,蘇聯的月球1號(Luna 1)順利升空,隨即離開地球軌道,成為人類發射成功的第一個擺脫地球引力場的航天器。
但是1959年1月4日,月球1號從5995千米的高度飛越了月球——沒有按預期到達月球上。
雖然失控“脫靶”了,月球1號仍然是人類發射成功的第一個星際探測器;它在飛行過程中測量了月球磁場、宇宙射線等數據,這是人類首顆抵達月球附近的探測器。
雄心勃勃的蘇聯,在相當密集的時間段裡連續發射三顆探月衛星。
前蘇聯月球2號探月衛星 圖片來源 Historytoday
1959年9月12日,蘇聯發射了月球2號(Luna 2)衛星。這是一個撞擊探月器,發射後不到兩天,月球2號就以超過10000公裡/小時的速度,撞擊到月球表面,成為第一個成功抵達月球的人造物體。
一個月不到,1959年10月7日,蘇聯月球3號(Luna 3)衛星又作出重大突破——飛到了月球背面。
前蘇聯月球3號探月衛星 圖片來源 Wikidata
由於月球圍繞地球公轉的週期與其自傳週期相同,所以在地球上的人類永遠無法看到月球的背面。
月球3號帶著地球上使用的電視攝像機,一路飛到月球背面,並繞飛回地球。在重新進入地球軌道時,它開始將20幀畫面,一幀一幀地傳回地面。
月球3號拍攝到的月球背面 圖片來源 WIRED
月球3號重返地球大氣層後墜毀。它傳回的十幾張可以分辨的圖片,終於揭開一個謎底:月背的表面,和1608年伽利略用天文望遠鏡看到的月球正面,是相同的樣貌。
平淡無奇的模糊畫面,並不影響蘇聯在此時佔據的絕對優勢,月球背面的一塊低窪地,也由蘇聯率先命名為“莫斯科海”。
在人類探月的初期,蘇聯贏得了開始。
2.
但是人類登月,是一個全新的挑戰。
想要領導太空時代的美國,在1962年肯尼迪總統發表富有魅力的講演後,正式啟動了阿波羅計劃——十年內,把美國宇航員送上月球。
一系列無人探測器成為美國登月任務的先遣部隊。“突擊號”無人月球衛星,以空軍敢死隊的方式,猛衝撞擊月球表面,胡亂拍攝,直到撞毀為止。它獲得了4300張近距離的月球表面圖像,這也使得人類第一次看清了月球的真面目。
突擊者7號 圖片來源 NASA
在準備最終目標——人類登月時,這些圖片起到了關鍵性作用。
巔峰時期(20世紀60年代),美國政府僱傭了40多萬人參與登月項目;耗費達到250億美金(相當於當今的1500億美金),花費了全國預算的45%。
但是大部分美國民眾,支持登月計劃。
1968年12月21日,阿波羅8號(Apollo 8)載著三名美國宇航員升空。雖然沒有登陸月球,但是阿波羅8號進入了月球軌道,進行了繞月飛行,這是人類首次造訪另一個星球。
高光時刻來了。
1969年7月16日,阿波羅11號升空,成功登陸月球寧靜海。美國宇航員尼爾·阿姆斯特朗(Neil Alden Armstrong)和巴斯·奧爾德林(Buzz Aldrin)先後出艙,在月面上漫步了近三個小時。
阿波羅11號航天員乘組,由(從左至右)指令長尼爾·阿姆斯特朗(Neil A.Armstrong),指令艙駕駛員邁克·柯林斯(Michael Collins),登月艙駕駛員埃德溫·奧爾德林(Edwin E.Aldrin,也叫巴斯·奧爾德林Buzz Aldrin) 圖片來源 NASA
阿波羅11號宇航員巴茲·奧爾德林(Buzz Aldrin)在月面上進行艙外行走時,把兩件實驗器材放到月面指定地點。阿波羅11號的指令長尼爾·阿姆斯特朗(Neil Armstrong)使用70mm的月面相機,拍攝了這張照片 圖片來源 NASA
科幻小說成為了現實。
鮮為人知的是,在飛往月球的路上,阿波羅11號的登月艙裡連續響起了警報。美國宇航局(NASA)最終決定:忽視警報。
賭博有了回報。
“我的一小步,人類一大步。” 正如阿姆斯特朗所說,這次登月,以史無前例、後無來者的方式,凝聚了全人類。
那天晚上,地球上的人們也許都會好奇地仰望天空。他們知道,月亮上有兩個人類,此刻正回望著他們。
接下來的三年,更多的五次登月任務陸續完成,一次比一次更有雄心壯志:阿姆斯特朗和奧爾德林只是試探性地在登月艙附近走了幾步,執行後來幾次登月任務的美國宇航員,在月球上跋涉了幾公裡;他們一次在月球上逗留數天,造訪不同的區域,收集巖石和土壤樣本,並進行科學實驗。
阿波羅計劃總共將12名宇航員送上月球,並從月球帶回了近400公斤不同區域的月巖樣本。
美蘇登月競賽中,美國笑到了最後,但也很快帶來了那場人類與月球的分手。
阿波羅17號登月艙駕駛員、科學家哈裡森·施密特(Harrison H.Schmitt)正在Taurus-Littrow登陸區收集月壤。他使用的工具,是特製的月球耙,用於採集1.3~2.5釐米的月巖、月壤樣本。這張照片由阿波羅17號指令長尤金·塞爾南(Eugene A.Cernan)拍攝 圖片來源 NASA
寂靜
1977~1993年,美蘇兩國(包括1991年後蘇聯解體後建國的俄羅斯)都沒有發射任何月球探測器。這個階段,在全世界範圍,只有日本於1990年1月24日發射了飛天號(HITEN)月球探測器。
1.
確切地說,人類移情別戀了。
人們對月球的興趣日益減少。到1972年阿波羅17號升空時,NASA還得花錢,才能請得動美國電視臺對登月任務作報道;後幾次阿波羅任務,登月報道也已經從頭條位置,被排到刊登在報紙的第二、三版。
人們開始覺得登月無聊了。看過宇航員蒐集幾次巖石,人們也不再覺得有趣。
登月的任務完成了,可以乾點別的事了——“美國在登月上花了太多錢了。我認為應該把更多的時間、精力和金錢,用到國內的各方面。”作出這些評論的美國民眾,也許就是當年說出“我們一點也不佩服蘇聯,我們應該佔據第一”的人們。
更要命的是,月球的確顯得非常乏味。
月球是一個荒涼、貧瘠的地方,沒有孕育生命,甚至連水也沒有,那不是神明的天堂。人類千百年來對月球構建的種種想象,在某一刻坍塌。
“有一天我在月球上漫步~”當阿波羅17號的宇航員尤金·塞爾南(Eugene Cernan)在月球上俏皮地邊跳躍邊漫步時,這已經不再是人類的一大步了,而是一個垂死紀元的最後一次踉蹌而行。
NASA取消了之後計劃的三次登月任務,悄無聲息地為阿波羅計劃畫上句號。
塞爾南成了在月球上漫步的最後一人。直至現在,沒有人回過月球。
人類對月球的痴迷結束了。
阿波羅17號進行了人類在月球的最後一次探險。乘組大約花了75個小時在月面上工作,包括22個小時艙外活動,駕駛月球車行進了大約3千多公裡。阿波羅17號指令長尤金·塞爾南說:“現在我在(月球)表面踏上最後一步,返回家鄉。如果情況允許,我們還會回來,帶著全人類的和平與希望。”但他沒想到,自己的腳印,成了二十世紀人類留在月球上的最後一個印記。圖為1972年12月12日,塞爾南站在月球車旁邊 圖片來源 NASA
2.
別的星球看起來有趣得多。
太陽系中還有150多顆其他衛星。就連moon這個浪漫的名字,也不是月球獨有的,所有的衛星,都叫“moon”,只不過我們稱月球“the moon”。
20世紀70年代,人類開始熱衷探索其他的這些衛星,獲得了許多意外的結果:
比如木衛二(木星的衛星Europa)的表面沒有坑窪,遍佈裂隙與峽谷,這與地球的兩極的畫面非常相似。木衛二曾經被冰覆蓋,冰層融化並凍結了許多次,那麼這顆星球上面之前肯定存在水。
木衛二Europa的表面 圖片來源 NASA
水!木衛二上存在著生命的關鍵元素。當科學家開始推測融合冰層的熱量來自何處時,情況變得更加令人激動了。
答案可能在地球上。
在地球海洋的海底,科學家發現了“黑煙囪”——來自地殼下方的火山熱源,它從下方加熱海水。有研究地球生命起源的專家認為,有液態水和火山熱源,這裡是生命最開始的地方。
像地球上“黑煙囪”一樣的熱源,很有可能也存在於木衛二的冰層下方。所以木衛二海底的高熱火山口附近,可能也有相同的生物體。只要出現了細菌,可能就會出現以細菌為食的生物,進而就會有一個完整的生態體系。
在整個太陽系中,如果要找一個溫暖舒適的地方,供細菌出現並且存活,木衛二或許是最有可能的選擇。
人們發現,原來衛星,moons,隱藏著生命的信息,它們可能是太陽系中最有趣的地方。人類開始越發掛念長期以來,被忽視的月球,the moon,或許值得我們再次仔細觀察。
木星和木衛一Io的合成圖 圖片來源 NASA
恢復
1994~2006年,全世界發射了三個月球探測器,尤其是美國發射的克萊門汀號和月球勘探者號衛星,間接發現了月球上有水冰的信息,重新燃起了人們對月球探測的信心。
2004年,美國總統布什發佈“重返月球”計劃,“徵服月球,是人類追求未來進步與成就的重要一步”。
1.
更讓人興奮的是,人們在月亮上也找到了水的蹤跡。
1994年1月25日,美國的一個小小的無人軌道探測器克萊門汀號(Clementine),再度前往月球。這是20多年之後,人類首度開展登月之旅的太空船;它前往了之前人類從未仔細觀察過的區域:月球的兩極。
無人軌道探測器克萊門汀號 圖片來源NASA
克萊門汀號耗時兩個月,對月球發射無線電波。結果有了驚人的發現——科學家發現了月球上殘留的冰跡。
雷達收到了從月球表面傳回的強大信號。這些信號表明,月球地底下有殘留的冰跡。冰並不太多,或許可以填滿多個奧運會用的標準泳池。但是若是把冰融化成水,均勻地分佈在月球的表面,水深大概只有1釐米左右,所以這些冰不足以形成海洋。但是足以讓人類研究利用。
但是這項由信號強弱間接證明月球上有水的證據,受到了科學界的質疑。
克萊門汀號拍攝的月球北極 圖片來源 NASA
2.
於是,1998年1月8日,NASA的月球勘探者號(Lunar Prospector)上路了。
1998年3月,NASA宣佈,月球勘探者號的中子探測器,也發現月球上有水冰。但是,中子吸收的原理,也不能排除一些其他情況,水冰的存在,仍然受到質疑。
藝術家繪製的月球勘探者號 圖片來源 NASA
月球勘探者號完成自我驗證的方式是決絕的——1999年7月31日,它一頭撞向中子探測器測出有水冰的區域,靠近月球南極點的撞擊坑(shadowed Shoemaker crater)。
“如果月球上有水冰,那麼我一頭撞上月球,有水的地方就會因為遇到如此的高溫而‘呼呼’冒水汽兒。”月球勘探者號想。
啊呀,月球勘探者號不走運。無論是地面上還是空間站的望遠鏡,都沒有觀察到預想中的水蒸氣。
NASA當時開了發佈會,解釋可能的幾種原因:沒有準確撞到探測到有水冰的隕石坑裡的位置;冰可能與石頭混到一起,沒能冒出那麼明顯的氣,各路相機沒有能拍著。
最後,很可愛地勉強表示:也可能,月球上真的沒有水冰咯。
基於月球勘探者號的數據,科學家標註出了月球南極潛在的含水區域——藍色和紫色對應的區域表示高潛在含水區 圖片來源 NASA
新發展
2007至今,全世界發射了12顆探月衛星(其中,中國發射了嫦娥系列五顆探月衛星,美國發射四顆,歐空局發射一顆,日本發射一顆,印度發射一顆),成功率達到91.7%。
1.
2009年6月,美國發射一箭雙星——Alas火箭載著月球勘探軌道器(LRO)和月球隕石坑觀測搖感衛星(LCROSS),飛往月球。
除了月球勘探軌道器需要描繪月球北極的地圖;火箭和月球隕石坑觀測搖感衛星會組合完成另一項艱鉅的任務:繼續驗證月球是否有水冰。
月球隕石坑觀測搖感衛星,與一般的月球衛星飛法不同,它不繞著月球飛,直接飛到月球南極的隕石坑上空。它利用月球的引力調整了一次姿勢,將軌道傾角由0°變成90°。這是為它和火箭組合體最後的行動做好的準備,以最大力度撞擊隕石坑。
藝術家描繪的月球隕石坑觀測搖感衛星正在觀測(拍攝)末級火箭Centaur撞擊月球 圖片來源 Northrop Grumman
2009年10月9日,兩噸重的Alas的末級火箭,以調整好的垂直角度,猛衝隕石坑。同時,月球隕石坑觀測搖感衛星會先飛到後側,拍下整個撞擊過程——這是最清楚的現場視頻證據;而後,它也將壯烈地撞向月球表面,完成自己的使命。
結果如何?
這一次,NASA沒有馬上召開發佈會,而是屏吸研究了一段時間。
2009年11月13日,NASA新聞發言官提著一個水桶,站上新聞發佈會的講臺。NASA這一次證實了月球上有水冰,並且計算出整個月球的水冰含量達到5.6%,“這次探測器在隕石坑撞出的水汽,相當於12桶水。”發言官提了一提手裡的水桶。
全場掌聲久久不能停息。
2009年11月13日召開的新聞發佈會上,月球隕石坑觀測遙感衛星(LCROSS)項目負責人Tony Colaprete表示,雖然他不能估算出整個月球上大約有多少水,但是在這次撞擊造成的20~30米深的坑內,科學家利用光譜數據分析得出,這裡大約有95升水。Colaprete當時提著7升的水桶,“大約有這麼十幾桶。” 圖片來源 NASA
2.
月球上有水存在的事實,即便是凍結的冰,改變了一切。看來貧瘠荒涼的月球,並沒有那麼不適合人類居住。
突然間無限的可能性涌現:擁有了可以維持生命的水,月球未來很可能成為一個太空基地;這也會是人類徵服宇宙的一塊踏腳石,有朝一日,人類甚至可以移居到月球。
愛情之火重燃。
Fly to the Moon 圖片來源 Listdoes
老牌探月陣營的國家,志願者組織,私人企業,都在行動。當然,他們都不能忽視後來居上的一匹黑馬——新一輪登月競爭的後來參與者,中國。
誰會贏得未來的月球競爭,現在還很難說,但是毋庸置疑的是,人類對月亮古老的愛火再度重燃。
從很多方面來看,人類和月球的感情已經達到成熟的階段:我們經歷了迷戀、追求階段,經歷了不順的沉默階段,現在,這段經過淬鍊的感情,看來會持續漫長的時間。
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