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11月24日,长征五号运载火箭从中国海南文昌航天发射场发射升空,运载着重达8.2吨的嫦娥五号月球探测器。这是一项异常复杂也是雄心勃勃的任务,它的使命自上世纪70年代后就没有重现过:将原始的月球样本带回地球。
与火箭分离后,嫦娥五号将使用自己的推进器进行预期四天的前往月球之旅。然后飞船将释放一个着陆器,着陆器将降落在月球正面西北部一个名为吕姆克山(Mons Rümker)的火山山丘附近。在那里,它将从月球表面钻取样本,并将其储存在一个保护舱中。
着陆器的上升舱将把着陆器发射回绕月轨道,预期将带回4.5磅(2.04公斤)的月球物质。最后,在为期大约23天的任务结束后,轨道飞行器将回收着陆器并将其送回地球,预期将在内蒙古四子王旗着陆场着陆。
图丨图中标黄位置为嫦娥五号预定降落位置。 MATTHEW W. CHWASTYK, NG STAFF. SOURCE: NASA/JPL 中国地质大学(武汉)行星研究所的研究生导师肖龙说:“(嫦娥五号)带回的月球样本毫无疑问将帮助科学家增长对月球的知识。它将促使我们思考为何月球的火山活动持续时间如此之久。”月球的火山活动一直是科学家们的兴趣所在,他们一度认为,在45亿年前月球形成之后,火山活动持续了10亿多年。现在,研究月球上陨石坑的科学家们认为,直到最近,岩浆还在一些地区继续喷发和流动,抹去了一些古代陨石坑的痕迹,留下了更年轻的火山岩。 图丨这张Mons Rümker的照片由阿波罗15号任务的船员在环月轨道上拍摄。 NASA 嫦娥五号任务于2004年获批,是中国探月计划中人们期待已久的一个章节。长征五号运载火箭在设计时就考虑了这个任务,这项任务需要火箭技术取得许多突破,它使用中国最强大的发动机和新的结构设计。由于一个发动机的涡轮泵问题,2017年7月,长征五号的第二次发射失败,使得嫦娥五号的发射推迟了三年。 现在,这项雄心勃勃的任务终于升空,这标志着中国在探月新时代迈出了大胆的一步。 最年轻的月球样本 目前,最近一次月球样本是由苏联的月球24号探测器于1976年送回的,该任务直接从月球送回了170g月球样本到地球。嫦娥五号的方式和更复杂的阿波罗任务相似,包括月球轨道上的会合和对接。(阿波罗任务总共收集了382kg月球物质。) 然而阿波罗任务带回的样本都是30亿年前形成的,嫦娥五号的任务是带回20亿年前左右形成的样本,供科学家研究形塑了部分月球表面的晚期火山活动。 图丨1969年7月20日,阿波罗11号任务,宇航员Buzz Aldrin留下了这样一张照片。 PHOTOGRAPH COURTESY NASA 嫦娥五号的降落地点吕姆克山高出月球上的风暴洋 Oceanus Procellarum 3600英尺(1.097千米),后者是在肉眼在地球上都能看到的玄武岩平原,由岩浆活动所形成。据信,该区域的岩石比月球上其他区域的更为年轻。 另外,根据布朗大学的行星科学家James Head III,研究月球的火山活动历史并非嫦娥五号的唯一使命,选择在吕姆克山着陆,还可以验证各种基本假定。 图丨1969年11月20日,阿波罗12号宇航员Alan Bean手持一个装着月岩样本的容器,他在返回地球后创作多幅颜料中含有月球尘土的画作。头盔上反射的人影属于正在拍摄的宇航员Pete Conrad。 Image Credit: NASA 通过对吕姆克山附近的岩石和土壤进行矿物学研究,科学家们可以了解此前无法解释的问题:为何该地区土壤中某些元素(钾、稀土元素和磷)的浓度非同寻常。这个问题的研究可以在一定程度上改变我们对月球的看法。 陨石坑以一个估计的速度随着时间的推移而累积,因此计算一个地区陨石坑的大小和数量可以推断出该地区的形成年月。另外,由于太阳系中其他天体的坑洼部分的形成年月是以月球上类似区域的“年龄”来比较确认的,因此测定月球样本的“年龄”不仅可以为月球表面提供更准确的“年龄”,还可以为整个太阳系的一些星体提供更准确的“年龄”。 如何收集样本? 嫦娥五号将通过两种方式收集样本:钻头将钻入6英尺(1.82米),以及用铲子收集表面的土壤和岩石。这些珍贵的样品将装入密封的箱子里,到达地球后将被送往位于北京国家天文台的中国月球样品实验室。在那里科学家将研究样本的矿物学和化学组成,包括测量某些放射性同位素的丰度以精确地确定它们的日期。 肖龙认为这对于整个中国天文界来说都是一件大事:“我们将有新的和我们自己的月球样本来研究,它将激励年轻的学生和科学家从事行星科学和探索。” 目前还不清楚这些样本是否会与中国以外的科学家共享。欧洲航天局国际合作负责人Karl Bergquist表示,欧洲航天局和中国国家航天局已经就样本分享问题进行了讨论,但尚未达成协议。 据悉,欧洲航天局也将参与这项任务,在关键的开始阶段,他们将提供深空网络的支持,在关键阶段提供备份支持。 另外,嫦娥五号的探测器还将携带与第一个抵达月球背面的嫦娥四号类似的仪器:月球探测雷达。它使科学家们能够辨别几百米深的不同岩层,从而揭示当地的地质历史。 嫦娥五号之后... 毫无疑问,嫦娥五号是中国长期太空探索计划中的一部分,中国已经制定了针对南极的勘探计划。如果嫦娥五号成功完成任务,嫦娥六号、七号和八号将会在月球南极地区进行一系列分析和新技术的测试。 中国的长期目标还包括在2030年左右建立一个月球研究站,以支持机器人任务乃至载人任务。 为了在载人航天方面获得更多经验,中国将于2021年开始在近地轨道上建造第三个空间站,这将是迄今为止规模最大、最复杂的空间站。空间站的设计寿命约为10年,在距离更远的载人航空任务的准备期间,它将提供宝贵的经验。 图丨国际空间站自2000年11月以来已经持续服役了20年。 PHOTOGRAPH COURTESY NASA 嫦娥任务也为未来机器人在其他行星上的任务奠定了基础。中国已经在前往火星的路上有了一个名为“天问一号”的轨道飞行器,它将研究这颗红色星球的化学组成、磁场和表面结构。嫦娥五号是中国未来大胆的火星采样任务的关键一步。
一言以蔽之,人类的征途将是星辰大海。