交匯點訊 這必將是載入中國航天史冊的一天。
2020年11月24日4時30分，我國在文昌發射場用長徵五號運載火箭，成功將嫦娥五號探測器送入預定軌道，開啟探月三期收官之旅。交匯點記者專訪中國科學院紫金山天文臺研究員吳昀昭，為大家介紹本次探月計劃和我國探月史。
「打包」2公斤月壤回地球
本次嫦娥五號月球探測器計劃首次實現月球採樣，把月壤或月巖等寶貴樣品帶回地球，屆時將有望為我國探月工程重大科技專項「繞、落、回」三步走發展戰略畫上一個圓滿的句號。「前兩步『繞』和『落』，我們完成得都很成功，而第三步是這一系列工程中最為複雜的一個。」吳昀昭說。
據了解，往返距離近80萬公裡的嫦娥五號月球探測任務預計將持續一個月左右，其中在月面採樣大約耗時兩天。
吳昀昭介紹，嫦娥五號探測器著陸後，將鑽入地下2米深，挖掘大約2公斤的月球物質，並儲存在上升器中。「由於嫦娥五號計劃採用月球軌道無人對接方案來轉移月壤，上升器無需搭載返回艙，只需少量燃料，因而嫦娥五號採樣重量相比於前蘇聯月球計劃有大幅提升。」
這兩公斤重的樣品不僅包括月球表面的「表樣」，也包括「柱樣」（即在月球表面打兩米深的柱子時，柱子上的土壤樣品）。雖然在月球上這些樣品唾手可得，但是對人類來說卻蘊藏著巨大的科學價值。「月壤是由月球巖石在遭受微隕石撞擊、太陽風轟擊和宇宙射線輻射等空間風化作用而形成，其中包含了大量的月球巖石碎塊、礦物及隕石等物質，記錄了月球的地質演化歷史及太陽活動的歷史，是人類了解月球、認識月球的第一手資料。」
科學家通過研究這些月壤物質，既可以了解月球的地質演化歷史，也可以為了解太陽活動等提供必要的信息，還可以為遙感探測數據做驗證。「月球樣品代表了月球真實的物質組成和特性，對於深入認識月球具有重要科研價值，也為遙感探測提供真值。」吳昀昭介紹，正是這些樣品，支持了月球的大撞擊假說並建立了巖漿巖模型。
此次探測有望確定月球年齡
上世紀，美國和前蘇聯都很熱衷於去月球採樣。前蘇聯先後三次將無人探測器送到月表，從月表採集了共計326克樣品。而美國通過「阿波羅計劃」成功實施了6次載人登月，並帶回382千克月壤和月巖樣品。「通過對他們採回的月球樣品的分析，科學家們取得了豐碩的成果。」吳昀昭說。人們通過研究發現，阿波羅17號採集到橘紅色玻璃顆粒，這些顆粒富含揮發份，它們是在月幔部分融化過程中，於月球表面下約500千米深處形成，因火山活動而噴出到月球表面。更重要的是，科學家還在採集回來的樣品中發現了核聚變的理想原料氦-3。按照目前地球的能源消耗規模，月球上的氦-3用於核聚變發電後能夠滿足人類約1萬年的能源需求。
「嫦娥五號的取樣地點也有特色，遠離過去美國和前蘇聯採樣地點，具有互補性。」吳昀昭介紹，嫦娥五號將在月球正面最大的月海風暴洋北部呂姆克山脈附近著陸，此地從未有其他國家的探測器到訪過。風暴洋相對較年輕，富集鈾、釷、鉀等放射性元素。此前對美國及前蘇聯獲取的月球樣品的研究表明，月球火山活動在35億年前到達頂峰，然後逐漸減弱並停止。「風暴洋內部充填著大量的年輕玄武巖，模型預測年齡在13到20億年，如果能獲得這些年輕玄武巖的放射性同位素年齡，將有助於推進月球火山活動的歷史，加深對月球熱演化歷史的認知。」
此外，此次探測任務有望確定月球年輕玄武巖的年齡，並修正表面定年模型。「目前國際上廣泛使用的星體表面定年模型，是基於美國和前蘇聯獲得的月球樣品的放射性同位素年齡。」吳昀昭說，這些樣品的年齡在距今10億年到30億年存在明顯的空缺。「嫦娥五號如果能採集年輕玄武巖，將有望填補樣品年齡的空缺，修正行星表面定年模型，也將真正認識年輕玄武巖的成分特徵。」
我國月球研究簡介
「我國對月球的研究，可以嫦娥探月工程為劃分點。在這之前，以中國月球探測工程首席科學家歐陽自遠院士為代表的早一代天體化學家對美國贈與的1克月球樣品中的0.5克進行了大量研究。」吳昀昭說。
1978年，時任美國國家安全事務顧問布熱津斯基訪華時，向中國贈送了1克月球樣品。「1克的樣品雖然很少，但對於做研究已經足夠。」因為樣品大小有限，當時歐陽自遠團隊先做了非破壞性測試與研究，最後才做破壞性的測試與研究，包括礦物成分、結構構造、化學成分、微量元素、物理性質、產出環境。最後科研人員不僅判斷出該樣本是在阿波羅17號任務中採集的，確認了採集地點，甚至還分析出石頭所在地區是否有陽光照射。根據對這塊石頭的研究，他們共發表了40篇文章。保存下的另外0.5克樣品，現由北京天文館收藏。
「21世紀初的嫦娥探月工程極大的推動了整個學科的發展。」吳昀昭說。2004年，中國正式開展月球探測工程，並命名為「嫦娥工程」，規劃為「繞、落、回」三期。
一期任務實現環繞月球探測，2007年10月24日，「嫦娥一號」成功發射升空，獲取了全球首張月球表面全域三維立體影像，並幫助人們了解了6大常量元素在月球表面的分布情況。二期任務實現月面軟著陸和自動巡視勘察。嫦娥三號探測器於2013年12月14日成功著陸在月球正面雨海盆地內，並開展了巡視勘察。嫦娥四號作為嫦娥三號的備份星，2019年1月3日成功著陸在月球背面的馮·卡門撞擊坑內，實現人類首次到月球背面的軟著陸。三期任務實現無人採樣返回。今天凌晨發射的嫦娥五號即屬於三期任務，計劃著陸於月球正面的風暴洋地區，並在採樣樣品後返回地球。
嫦娥五號的任務，也是我國無人月球探測的收官之作。「我們此前已完成了繞月探測、落月探測。完成這些任務之後，我們還要建設月球基地並籌備載人登月。」11月23日，歐陽自遠在文昌發射場接受媒體採訪時表示，我國還將探測太陽系的其它幾個行星，向太陽系的星辰大海挺進。
自嫦娥工程開始之後，很多高校和科研院所都開展了這方面的研究，並開始成立相關院系。「對月球的研究可以說是百花齊放，涉及地球化學、地球物理、遙感探測等，很多從事地球研究的科研人員，開始把他們的研究方法用到研究月球上去。」吳昀昭說，2019年，中國高校行星科學聯盟成立，該聯盟旨在助力推動行星科學成為一級學科。
月球是地球唯一的衛星，也是距離地球最近的衛星，因此人類首先探索的星球是月球，未來考慮建設星際基地的目的地也是月球。事實上，人類對月球的研究，自300多年前伽利略利用望遠鏡觀測月球就開始了。人類還未實現登月的時候，對月球充滿了期望，認為它是一顆和地球相似的星球。「但越了解月球，越發現其實越來越不了解月球。」吳昀昭坦言，之前認為月球很簡單，現在發現它很複雜。「比如年輕火山的活動及構造，月幔、月核的成分和結構，月球正面與背面不對稱特徵（玄武巖深度）及其原因等，還有許多未知需要我們去探索。」
交匯點記者 蔡姝雯 王甜
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