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月球样品的科学研究价值有多大?

作者:陈璐

2021-01-07·阅读时长20分钟

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“嫦娥工程”核心责任科学家之一肖龙(王翮 摄)


为什么选择在“吕姆克山地区”着陆?

三联生活周刊:嫦娥五号此次选择的月球着陆点是在风暴洋西北部吕姆克山附近的位置,为什么会选择这个地点着陆并进行采样?这和1969年美国阿波罗12号飞船选择的风暴洋东南部的着陆点有哪些区别?

肖龙:首先需要明确的是,我们原来官方公布的名称是“吕姆克山地区”,很多人把“吕姆克山”和“吕姆克山地区”的概念混淆了。“吕姆克山地区”是一个火山穹隆区域,其中最具地标性的是一个高凸起来的地貌,也就是“吕姆克山”。但其实着陆点并不是选的这个山,而是在吕姆克山东边一个区域。

这和阿波罗计划选择的着陆点离得是很远的。阿波罗计划中,除了阿波罗16号是落在月球正面的高地地区,其他比如阿波罗11、12、14、15号的着陆点都是在月球正面的月海地区——我们把月球表面那些暗色的区域称为月海。从着陆点的分布图上可以看出,嫦娥五号的着陆点离它们都很远,离其他非采样任务的着陆点也很远。

选择这个着陆点主要有两方面的考虑。第一是工程上要能够保证安全实施,能够满足工程条件的制约。比如说,从大的范围来讲,我们这一次采样点选择的是月球正面。月球正面又分月海和高地两种不同的地质地貌单元,从着陆来讲,月海地区更加安全,因为月海的地势比较平坦,不像高地的地形复杂、坡度变化大,这对于我们完成探测和起飞任务会比较容易。另外纬度对光照等也有影响。同样是月海,靠近赤道的日照时间会更长,靠近两极地区的日照时间会减短,对于需要利用太阳能来发电探测任务,靠近赤道显然可以获得更多的光照时间。美国和苏联的着陆点,基本上是在赤道附近40度以内,中国的嫦娥三号和五号都超出了这个纬度,比它们更偏北、纬度更高。

第二是考虑它的科学产出。美国阿波罗计划总共采了300多公斤月球样品,苏联也采回了三次月球样品。不管嫦娥五号这次能够采回多少月球样品,首先要考虑的是,我们选择的这个地区有没有可能获得跟他们不一样的、新的东西。所以我们要远离阿波罗计划已经采样过的地区,至少不能挨在一起。当然其实远离它们,得到的样品也不一定会不一样,因为不同地方的土壤也有可能性质差不多。

这次嫦娥五号的预选着陆区范围有5.5万平方公里,这个区域内实际由几个不同的地质单元或者说岩石单元组成。其中一个最突出的就是吕姆克山,它是一个火山穹窿,坡度比较大,对着陆而言可能挑战性更高、困难更大。另外一个就是相对平坦的月海,又可以简单划分为西部和东部两块。西部这块形成得比较早,估算的年龄大概在34亿年左右,是34亿年前火山喷发的物质遭受空间风化(指天体表层暴露在太空环境中经历温度、太阳风、宇宙射线等破坏作用的一系列变化过程的总称),形成了所谓的月球土壤。东部这块形成的时间则要更晚、更年轻一点,估算的年龄大概在15亿年左右,不早于20亿年。所以两个地区的年龄差得比较大,至少可能是15亿年。

阿波罗计划已经采集了很多火山岩样品,其中没有一个样品的年龄是低于30亿年的。基于这样一个结果,当时科学界认为月球的火山活动在30亿年之前就停止了,不像地球的火山活动直到现在都很活跃。

刚刚说到的这个“十几亿年”的“新发现”是根据遥感探测数据分析得出的。这是根据一种名为“撞击坑统计定年法”的方法获得的,大意是对不同地貌单元表面分布的撞击坑的数量和大小进行统计,就可以大致判断不同地区年龄差别。通过这个方法得到的结果发现,西边月海和东边月海的年龄差别很大。

所以最后我们是综合了工程和科学两大需求,才决定到东部月海地区采样,这里既安全,又有不同的最年轻火山岩形成的月壤。

文章作者

陈璐

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《三联生活周刊》主任记者

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收录专栏

嫦娥五号的太空故事

核心科学家专访,详解探月、采样和月壤细节

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