撰文 | 馬 超
責編 | 夏志堅
50年前的今天，1969年7月16日，一艘載有三名太空人的飛船從地球出發了，目的地是38萬公裡之外的月球。這艘飛船從誕生以來就註定會吸引來自全世界的密切關注，因為它將去執行一項具有劃時代意義的任務——載人登月。它就是美國著名的阿波羅11號飛船。
任務的圓滿完成，標誌著人類航天事業向前邁出了歷史性的一步，從此徵服宇宙的星辰大海不再是遙不可及的夢想。
即使過去了半個世紀，今天的人們依舊會驚嘆於這項任務的偉大、夢幻與唯一。那麼，這一堪稱奇蹟的任務是如何發端又如何完成的呢？
冷戰產物
第二次世界大戰結束後，當時同為超級大國的美國與蘇聯，為了爭奪霸權地位，在各個領域展開了激烈的較量。太空探索能力是國家高端科技、經濟水平的體現，所取得的成就又有助於宣傳國家的科研實力和軍事潛力，於是從上世紀50年代後期開始，美蘇之間正式開啟了舉世矚目的太空競賽。
1957年10月4日，蘇聯成功發射首顆人造地球衛星—斯普特尼克1號（Sputnik 1，又稱為人造地球衛星1號），在全世界引起了巨大的轟動，當時國際上甚至流傳著蘇聯已具備了發射洲際核彈的能力，引發諸多西方國家的恐慌。
斯普特尼克1號。圖片源自：Wikipedia
為了應對蘇聯的壓力，艾森豪總統與國會商議後，決定成立一個全新的政府機構，以領導美國所有的非軍事太空行動。1958年7月，艾森豪總統籤署了《美國國家航空暨太空法案》，組建成立了後來大名鼎鼎的美國國家航空航天局（簡稱NASA），並開啟了一系列的航天計劃。水星計劃（Project Mercury）是被通過的首個太空項目，目標是把搭載有太空人的太空飛行器送入太空，使其環繞地球飛行，並安全返回地面，而且最好要先於蘇聯完成。
然而，蘇聯再一次跑在了美國的前頭。1961年4月12日，蘇聯利用東方一號宇宙飛船，首次將太空人尤裡·加加林送入太空，並安全返航，蘇聯的成功再次震驚世界。這無疑是給美國的又一記重錘，更被新上任不久的甘迺迪總統稱為美國的又一次奇恥大辱。
蘇聯太空人尤裡·加加林。圖片源自：wikipedia
雖然僅在一個月後，美國太空人阿蘭·謝帕德便乘坐「自由7號」水星飛船順利進入太空，實現了美國的首次載人航天飛行，但此次飛行從各技術層面來說，均無法與蘇聯的東方一號飛船相提並論，因此遭到蘇聯專家的嘲諷，還被蘇聯領導人赫魯雪夫戲稱為「跳蚤的一躍」。
為了改變美國在太空競賽初期屢屢敗北的情況，不再緊追蘇聯而是在其他領域成為第一，NASA在1960年7月29日發布了一項全新的太空計劃，準備將美國太空人送上月球，這就是著名的「阿波羅計劃」。
1961年5月25日，甘迺迪總統在國會演講中雄心勃勃地表示「我們的國家應盡一切力量在本世紀60年代結束前把太空人送上月球，並安全返回地球（this nation should commit itself toachieving the goal, before this decade is out, of landing a man on the moon and returning him safely to the Earth）」。這標誌著美國乃至全世界登月徵程的開端，也開啟了人類探索月球的新時代。
登月之旅
儘管歷經波折，阿波羅計劃仍然一步步挺進月球，最終由阿波羅11號首先抵達了人類夢寐了數千年的終點。
1969年7月16日，在土星5號巨型火箭的助推下，阿波羅11號飛船從位於佛羅裡達甘迺迪航天中心的發射場起飛，前往38萬公裡之遙的月球。飛船由指令艙、服務艙、登月艙三部分組成，共載有三名美國太空人，即指令長阿姆斯特朗、指令艙駕駛員麥可·科林斯和登月艙駕駛員巴茲·奧爾德林。
阿波羅11號飛船的三名太空人，從左到右依次為：阿姆斯特朗、麥可·科林斯、巴茲·奧爾德林。圖片源自：NASA
7月20日，阿波羅11號終於迎來了創造歷史的一幕。這一天，飛船首先進入預定的環月軌道，阿姆斯特朗與奧爾德林隨後進入登月艙，操控登月艙與飛船主體分離，進而實施月面著陸。另一位太空人科林斯則獨自一人留在飛船內繼續繞月飛行，等待與返回的登月艙對接。
登月艙與飛船主體分離。圖片源自：NASA
在降落過程中，由於飛行速度過快，登月艙提前飛過預定路線2-3秒，這意味著他們無法在預選登月點著陸，將會偏西若干公裡。由於新降落地點的地面情況未知，接下來的著陸過程可能會充滿風險，即便著陸成功，也可能在地形的幹擾下，造成登月艙無法起飛。這一計算失誤差點讓地面控制中心終止整個飛行計劃。在燃料告急的情況下，前路未知，然而兩名太空人沉著而冷靜地操控著飛船，阿姆斯特朗透過窗外，選擇了一個合適的著陸地點，最後成功降落。地面控制中心的工作人員著實為他們捏了一把冷汗，在收到阿姆斯特朗著陸成功的喜訊後，控制室頓時爆發出強烈的歡呼聲。
阿波羅11號任務官方徽章。圖片源自：NASA
登月艙降落後，經過6個多小時的準備，指令長阿姆斯特朗首先打開艙門，小心翼翼地走下扶梯，將自己的腳印深深地印在了月球的土壤上，成為人類歷史上首位踏上月球的人，同時說出了後來令大家耳熟能詳的名言： 「這僅僅是我個人邁出的一小步，但對全人類而言，卻是一次巨大飛躍（That’s one small step for man,one giant leap for mankind）」。奧爾德林隨後也走出了艙門，他被眼前月面荒涼的景象所震撼，將其描述為 「壯麗的荒涼（magnificent desolation）」。此刻站在月面上的這兩位太空人，實現了人類數千年來踏上月球的夙願。他們所取得的成就是人類智慧、力量的結晶，也標誌著歷史的進步。
登月太空人留在月球上的腳印，由於月球上沒有天氣變化，這些腳印能存留數百萬年之久。
阿姆斯特朗邁出的這一小步實際上也結束了美蘇長達10多年的太空競賽，宣示美國最終勝出。不過，值得指出的是，在阿波羅11號升空的前三天，蘇聯發射了月球15號無人探測器，提前進入繞月軌道。阿波羅11號升空後，蘇聯聯繫 NASA，向他們公布了月球15號的軌道信息，表示阿波羅11號不會有與其相撞的危險，可以安心進行月面著陸。這是蘇聯首次向競爭對手公布自己月球探測器的軌道信息。阿波羅計劃雖因冷戰而起，但在美國登月的關鍵時間點，蘇聯卻摒棄與美國之間由來已久的隔閡，主動提供援助。這一小小的舉動足以說明阿波羅計劃，已經超越了國家之間的競爭，是全人類的事情。
太空人出艙的過程向地球同步直播，全球有超過6億觀眾共同見證了這一歷史性時刻。在將一面美國國旗插在月面上後，總統尼克森在白宮親自與太空人進行電話交談，表示祝賀。
圖中的太空人為巴茲·奧爾德林，拍攝工作主要由阿姆斯特朗負責。圖片源自：NASA
接著阿姆斯特朗和奧爾德林在登陸地點附近布置了三臺科學實驗儀器：一臺雷射發射器用以精確測定地月之間的距離變化；一臺被動式地震儀用來測量月球上的地震活動，進而推斷月球內部的物理性質；一架太陽風粒子收集裝置，目的是為了研究太陽風的化學物質組成。他們同時拍攝了大量周圍地形的照片。
放置在月面上的雷射測距反射器，科學家利用它可以精確測量地月之間的距離，而且還發現月球正在以每年3.8cm的速度遠離地球。圖片源自：NASA
他們還收集了一批月球巖石和土壤樣本，主要是由阿姆斯特朗負責。阿波羅11號任務總共帶回來了約22千克的樣本，包括50塊巖石（主要為玄武巖和角礫巖）和一些月壤。經過測定，樣本中沒有任何水成分和生物有機體存在過的證據。後續的阿波羅任務採集到了更多巖石樣本，整個阿波羅計劃共從月球帶回382千克的巖石樣本。
阿波羅11號任務帶回來的古老的月球玄武巖，年齡約為36億年。圖片源自：Wikimedia Commons
兩位太空人在月球表面共停留了21小時36分，之後便啟動登月艙返航，與正在環月軌道上飛行的飛船主體對接，接著登月艙被拋離，墜向月球，三名太空人則乘坐母船返回地球。
7月24日，飛船安全降落於夏威夷東南812海裡外的太平洋海域。總統尼克森親自登上打撈艦「黃蜂號」迎接三位航天英雄的凱旋，這在以前的航天活動中是從未有過的。
右邊救生筏中的四名救生員正在營救降落成功的阿波羅11號太空人。圖片來源：NASA
在接下來的三年裡，美國又相繼發射了阿波羅12號、13、14、15、16和17號飛船，除了13號因航行中途發生故障而被迫中止外，其餘飛船均成功登陸月球，共有12名太空人登上過月球。1972年12月19日，阿波羅17號成功返回地球，這標誌著阿波羅計劃的結束。從那以後直到今天，再也沒有人登上月球。
阿波羅計劃著陸點，六次登月任務均著陸於月球正面，即面向地球的一面。圖片來源：NASA
阿波羅計劃是迄今為止規模最大的太空探索活動，動員了美國包括工業、科研、政治和經濟在內的各種力量，歷時約11年，耗資255億美元。在工程實施的高峰期，有2萬家企業、200多所大學和80多個科研機構參與，總人數超過40萬，堪稱20世紀人類最宏偉的工程之一。
阿波羅計劃的科學影響
阿波羅計劃帶回的巖石和土壤樣本，是對後世最重要的科學遺產，直到今天仍在行星科學研究領域發揮著重要作用。
這些巖石樣本對於研究太陽系演化歷史亦具有重要意義。通過分析這些巖石，科學家能夠推算出水星和火星表面的年齡範圍，並且推斷在太陽系早期，氣態巨行星（如木星、土星等）的軌道更加靠近太陽，後來在行星動力學的影響下，它們的公轉軌道逐漸向外遷移，從而形成了如今的太陽系行星格局。
在月球巖石樣本的幫助下，爭論已久的月球起源問題得以解決，如今科學界已普遍接受「撞擊假說」，即月球形成於一次遠古的天體撞擊：大約45億年前，地球受到一個火星大小天體的側向撞擊，撞擊時該天體徹底粉碎，同時一部分地殼物質被剝離，產生的碎片繼續圍繞地球運轉，最終形成了原始月球。「撞擊說」不僅有利於理解地月系統的形成與演化，更為天文學家研究太陽系早期行星們如何形成與發育提供了重要理論參考。
月球形成示意圖。圖片源自：supernova.eso.org
阿波羅計劃帶回的樣本也有助於科學家研究月球的地質演化歷史。由於月球的質量較小，僅為地球的1/81，在它形成後不久，內部的熱量很快就散失殆盡，因此從那時候起，月球內部幾乎已經停止活動。今天的月球，無論是表面還是內部，呈現出的都是它很久之前就已定格的狀態，因而記錄了行星早期地質演化的重要過程，包括內核形成、熔巖海洋的演化、原生月殼和次生月殼的形成等等。這些地質過程同樣也是早期地球和太陽系其它類地行星（包括水星、金星、火星）必經的階段。因此，對於研究類地行星的地質演化，離我們最近的月球是最理想的目標，而阿波羅任務帶回的樣本，不斷加深著我們對於星球內部結構變遷的理解。
此外，由於月球沒有大氣層，因此月面的巖石不會受到類似地球上風化侵蝕的影響，但另一方面，失去大氣層的保護，月球表面會直接受到太陽風粒子、高能宇宙射線以及隕石撞擊的無情轟擊。因此月面的巖石是天然的粒子收集裝置，通過分析巖石樣本，有助於科學家研究太陽風和宇宙射線的物質組成。同時提取月巖中的隕石成分，對於研究內太陽系小天體的物質成分和數量統計意義重大。
除了那些被太空人帶回地球的樣本之外，藉助於登月太空人們在月球上布置的各種實驗儀器，阿波羅計劃也帶來了其他重要科學發現。例如，科學家利用地震儀，發現月球依然存在地震現象（簡稱「月震」, 儘管月球的板塊活動已極端微弱），並利用儀器記錄的地震波來研究月殼、更深層月幔以及中心處月核的物理性質。
放置在月面上的地震儀，左側的太空人為巴茲·奧爾德林。圖片來源：NASA
儘管大部分數據已有將近40年的歷史，但隨著計算機運算性能的提升和分析方法的革新，直到今天，新的科學發現仍不斷從這些歷史數據中被挖掘出來。阿波羅計劃使人類對於太陽系行星的認識有了革命性的飛躍，可以說它奠定了現代行星科學的基石。
NEXT GIANT LEAP
把月球放到宇宙的浩淼星辰中，它只是一粒極為普通的微塵。但對於人類來說，它的地位至關重要。它是地球唯一的天然衛星，40多億年來，地月之間存在著緊密的演化關聯，對地球上的生命有著極其深遠的影響。可以說如果沒有月球，地球上很可能就不會有生命存在，更不用說今天高度發達的人類文明了。
地月同框照，由伽利略號木星探測在620萬公裡外的太空攝得。圖片來源:NASA
隨著人類科技水平的不斷進步，向外太空發展是我們未來生存的必由之路。月球是離我們最近的天體，於是月球之於現代人類，又有了全新的意義，它將成為人類未來開闢地球之外生存空間的前哨站，50年前的阿波羅計劃正是為此揭開了序章。
自去年10月直到2022年12月，都是美國慶祝阿波羅計劃50周年的時期，而本月正值阿波羅11號任務50周年（從1969年7月16日升空、20日登陸，到24日返回地球），NASA將參與一系列面向公眾的紀念活動。
阿波羅計劃50周年官方宣傳圖標。圖片源自：NASA
從 NASA 公布的阿波羅50周年紀念 logo 中可以看出，NASA 已明確表明了對於未來太空探索的雄心。英文單詞「APOLLO」的最後一個字母 O 中的星球正是火星。火星圖標之下是一句展望未來的英文標語 「NEXT GIANT LEAP」, 改編自當年太空人阿姆斯特朗登月時說出的名言。如今，NASA 正在為重返月球做準備，而在未來登月過程中所進行的科技探索與創新，其目的是為了助力實現人類的下一個巨大飛躍——登陸火星甚至更遙遠的行星。
參考資料
https://airandspace.si.edu/exhibitions/apollo-to-the-moon/online/science/scientific-experiments.cfm
https://arxiv.org/pdf/1211.6768.pdf（The Scientific Legacy ofApollo，Ian A. Crawford）
https://www.nasa.gov/mission_pages/apollo/missions/apollo11.html
https://user.guancha.cn/main/content?id=136137&s=fwzwyzzwzbt
https://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/spacecraft/display.action?id=1969-059C
https://www.nasa.gov/specials/apollo50th/img/Poster3.pdf
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