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中国探月工程,绝不只是从月球取土那么简单

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-04-26  来源:科技日报  浏览次数:133
核心提示:美国阿波罗计划17次把宇航员送上太空,都完美地避开了太阳质子事件,包括1972年那次辐射量足以致命的太阳粒子爆发。是他们特别幸
“美国阿波罗计划17次把宇航员送上太空,都完美地避开了太阳质子事件,包括1972年那次辐射量足以致命的太阳粒子爆发。是他们特别幸运吗?”

4月24日,2021年“中国航天日”探月工程论坛在南京举行,中科院国家空间科学中心主任王赤院士向台下听众提出了这样一个问题。

答案显而易见,当然不是。“美国很早就开展了太阳质子事件的预报,并避开了太阳爆发。”王赤说,所以我们未来的载人登月,空间天气预报也是非常重要的。

2020年12月17日,嫦娥五号带着1731克月球样本,稳稳降落在内蒙古四子王旗,宣告了我国探月工程“绕、落、回”三步走战略圆满完成。

那么,历时十多年的中国探月工程,只是为了从38万公里之外的月球取回一罐土吗?当然不是。在当天的论坛上,来自中科院国家天文台的王竞研究员、中国地质大学(武汉)的肖龙教授,以及王赤院士,先后从月基天文观测、揭秘月球地质特征和形成演化历史、探月工程空间物理探测科学成果三个方面,阐述了我国在探月工程基础之上取得的三大科学成果。

图源:科技日报记者 张晔 摄

在月球上看星空有啥不一样

“在月球上观测宇宙一直是天文学家的梦想!”已经圆梦的王竞研究员,演讲时显得特别高兴。天文学家为什么有这个念头,要在月球上进行天文观测?

王竞解释说,一是月球真空度高,可以开展紫外等地面无法完成的观测;二是月球自转缓慢,可对天文目标长期监测,特别是极区能实现星不落观测;三是月球的背面电磁噪声极低,利于开展长波射电天文观测。

截止目前,仅有中美完成月基天文观测。美国阿波罗16号携带了一台远紫外相机;我国的嫦娥3号和4号,分别携带了月基光学望远镜和低频射电天线,不同的是,阿波罗16号的相机是手持人工操作,而我国是首次依托地外天体开展自主天文观测。嫦娥3号携带的望远镜口径为15厘米,近紫外波段,位于着陆器腹外仓。

这种无人自动观测的好处,一是精度高,指向定标精度达0.05度,可以说指哪打哪;二是工作时间长,2013年12月16日开机观测,实现了3年观测、2年实验。

王竞介绍,通过嫦娥探月工程,我国已实现三大天文科学成果,包括双星演化的物质交流,环月北极的紫外巡天,和揭示月球大气层“水”含量特别少。

而嫦娥4号任务略有不同,它率先进行了甚长波天文观测试验,目前正在进行数据的定标和分析。

月球怎么形成的多打几钻才知道

如果说王竞的工作是在仰望星空,那肖龙教授研究的就是脚踏实地。他不仅要绘制嫦娥降落月表的地质图,还要深入地下,研究月球的地层构造、矿物组成和地质演化。

根据已有科学研究,月球形成于数十亿年前,由一颗名为忒伊亚的小天体与原始地球相撞后的碎片聚集形成。肖龙介绍说,早期的月球也有剧烈的火山喷发和磁场,但是从什么时候开始,月球变成一片死寂,现在大多是猜测,缺少一些关键证据。

“美国阿波罗计划采集的岩石样本都是30亿年以上的,所以当时国际科学界认为月球在30亿年前就‘死了’,但最新的遥感观测结论并非如此。”肖龙说,我国科学家研究发现,月球的火山活动持续到了十几亿年前,改写了人类对月球形成的认知。

肖龙说,嫦娥5号获取的月壤将有5大潜在科学价值:一是限定月球火山活动时限,二是校正月球撞击坑年代曲线,三是揭示深部月幔性质和岩浆来源深度,四是制约月球磁场结束时间,五是优化月球岩浆洋模型,从而有望解决月球科学重大问题。

空间天气研究有了“月球气象站”

太阳风、粒子、磁暴……王赤院士的研究显得有些“朦胧”,用他的话说是避实就虚。

他主持的空间物理研究,一方面是测月,开展对近月的空间及月表探测,关注月球的空间环境;另一方面是测地,把月球作为一个天然的卫星平台,对地球空间进行观测。这些研究包括:太阳风、地球风与月球相互作用,粒子与月表的微观作用过程、月表辐射特征,地球等离子体层结构及其对磁暴和亚暴的响应等。

王赤打了比方说,过去研究太阳风与地球作用、地球磁层等问题,就像盲人摸象,摸到哪算哪,现在站在38万公里之外,看到全景认识也就更全面了。

太阳耀斑、日冕暴发等灾害性的空间天气会对日常生活会发生直接的影响,在没有大气层保护的外太空,宇航员和科学仪器更容易受到这些宇宙粒子的伤害。因此,从上世纪90年代起,空间天气研究成为国际科学热点和前沿领域之一。

王赤说,从嫦娥1号到4号,我国在空间物理研究上取得了丰硕成果,部分为国际首次。未来将聚焦大尺度的地球空间多圈层耦合研究和为月球开发利用提供空间环境保障支援。

而公众更为关切的空间天气研究,王赤认为:“现在空间预报的水平大概相当于地面天气预报六七十年代的水平,所以道路还很漫长。”

据王赤介绍,提高空间天气预报的精度,取决于三个方面:一是对物理规律的了解,二是要有独立自主的探测数据,三是要有数值预报的模式,不能仅靠经验。


 
 
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