如果“嫦娥五号”能成功完成任务,中国将成为继美国、苏联之后,第三个从月球运送样本返回地球的国家。

今天凌晨4时30分,海南文昌航天发射场,“长征五号”运载火箭搭载着探月工程“嫦娥五号”探测器奔向了月球。

这次“嫦娥五号”肩负着最重要的一项任务——从月球采集约2公斤的样本带回地球。

如果“嫦娥五号”能成功完成任务,中国将成为继美国、苏联之后,第三个从月球运送样本返回地球的国家。

月岩标本——认知月球的来源

1976年,当苏联的“月球24号”无人探测器带着170．1克的月岩标本向月球挥手告别,此后44年间,人类再也未能获得新的月岩样本。

目前,人类已知的月岩标本的来源有三个:

1、外太空坠落到地表的陨石,这些陨石可能包含月球土壤及岩石;

2、苏联曾进行3次“月球号”无人探测任务,总计带回326克的月岩标本。

3、美国曾进行6次"阿波罗"任务,在月球表面总共采集了2415块标本,总计381．7千克。这些标本由多种不同的工具采集,包括锤、铲、钳以及钻探等,这也是目前最具有研究价值的月岩标本。

通过月岩样品,研究人员可以在实验室里进行放射性定年分析,确定样品所在位置的历史年龄,继而推算出月球的演化历程,为未来月球基地的建设打下基础。这些都是月球探测器上的仪器无法直接测量得到的。

研究表明,这些样品大多来自月球正面中低纬度的月海区域,形成年龄集中在32-46亿年前。在这个范围之外的月球历史事件所对应的时间,全部是以此为基础,参考其他观测结果(主要是撞击坑统计)推演得来的。

这样我们就建立起月球大约46亿年的演化历史,而地球以外的整个内太阳系所有行星的地质演化历史,都可以通过月球样本的基础来建立。

但由于月岩标本的来源仅存在于有限的区域内,这些岩石能提供的信息非常有限。

想要获取更多的信息,唯一方法就是重返月球,去采集更多来自不同地质背景、形成于不同历史时期的月球样品。一旦对取回的样本进行评估并确定了年代,我们就可以返回去校准其他天体的年龄,这可能会改变我们过去几十年来对所有行星的看法。

这正是嫦娥五号的最重要的意义所在。

“嫦娥五号”——发现更多未知

这一次嫦娥五号的着陆地点被定为蒙斯·吕姆克山(Mons Rümker),这是一座孤立的火山,高出平原大约1300米,周围环绕着20多个圆形的熔岩穹丘,位于月球正面的西北方,南部为风暴洋,是一个相对年轻的区域,至今不到20亿年。从已有的资料可知,这一带分布着月表最年轻的玄武岩。

在完成着陆后,嫦娥五号将研究并解决许多问题:

1、吕姆克山区域的真实岩石年龄?

虽然这里与“阿波罗号”以及“月球号”同属月海区域内,但距离甚远。《科学》杂志报道称,此处可能在大约13亿年前发生过火山喷发,晚于绝大多数月海玄武岩的喷发。但这些信息都来自较大误差撞的击坑统计定年模型,以往采集到的月岩标本并不能提供准确的岩石年龄。这次采样返回,将校正该区域岩石年龄误差,并完善撞击坑统计定年的模型。

2、风暴洋克里普岩的具体形成过程是怎样的?

吕姆克山南部是风暴洋,这里富含克里普岩。克里普岩是月球表面一系列以富集钾、稀土元素、磷为特征的岩石,但是过去美国和苏联带回的月球岩石、月壤标本中并没有直接发现完整的块状克里普岩。这一次采样将有一定概率发现保存完好的克里普岩。

3、月岩、月壤中是否还存在未知的矿物组合?

人类对月球表面成分的认识,一直局限于已有的陨石和标本。此次采样或许能发现过去未曾在月球岩石中发现的矿物。

而从以往的分析来看,月球上钛铁矿、氦-3、稀土资源极其丰富。如果这次采样能进行有效分析,可能会为未来的月球科研基地建设提供技术方案。

4、月球正面真的存在水资源吗?

在人类的认知里,月球表面十分干燥,水资源成了约束月球基地建设,是资源开发的一个瓶颈。以往研究认为月球上的水主要赋存于极区的永久阴影区。但是,近些年最新的研究发现,月球非极区向阳面也存在微量的水分子。那么这些水分子是从何而来?哪里可能会存在水资源?这次采样任务或许能有全新发现。

为载人登月铺路

作为探月计划的收官之旅,“嫦娥五号”探测器将走完探月工程“三步走”战略的最后一步,这也是未来载人登月计划的第一步。

除了完成科研任务以外,嫦娥五号将在技术上为载人登月计划铺垫道路。

第一是要解决月球轨道上的对接问题,这需要大量人造卫星提供导航、测距和定位,难度可想而知;其次要解决返回地球的问题,不同于以往载人飞船计划,由于地月距离遥远,飞船必须加速到第二宇宙速度才能进入大气层,如何解决因摩擦导致温度过高的问题,也需要嫦娥五号进行测试验证。

当然在未来,要实现载人登月,我们还需要突破两个关键技术:具有超大运载能力的火箭以及强大变轨能力的登月飞船。

在“嫦娥五号”之后,我们还规划了四期探月任务,每一步都是在为下一步做准备,每一步都十分谨慎。

进入了新世纪,我们再次将目光看向了浩瀚太空,现在已经有实力去探索宇宙,而奔月这个自古以来的目标,也将在不久的将来实现了。

作者:家衡