朗讀嫦娥五號回家，中美競跑太空第嫦娥五號回家，中美競跑太空

《嫦娥五號回家，中美競跑太空》
虎嗅APP鯤鵬計劃獲獎作者,虎嗅APP官方帳號,優質創作者1978年5月20日中午，晚春的北京開完最後一叢洋槐樹花，午氣中還殘留著一絲花香。美國副總統專機“空軍二號”降落在北京機場，機上布熱津斯基透過舷窗看見黃華，不禁暗自高興。黃華是時任中國外交部長，他親自接機表明這次訪問級別很高，兩國關系很有可能更進一步。作為前美國總統卡特的國家安全事務助理，布熱津斯基此行目的只有一個：重啟尼克松下台後停滯不前的中美關系，盡快推動中美建交。為表誠意，布熱津斯基還帶來兩件特殊的禮物——一面中國國旗與一顆岩石，它們都來自月球。當時的中央領導認為，旗幟有沒有上過月球無從考證，岩石可以交給專業人士驗明正身。中辦先是找到高教部，問大學裏面有沒有哪位教授能“鑒寶”，回答是沒有。然後又找到中國科學院，答案同樣是沒有。不過後者補了一句，有個人專門研究天上的東西，也許他能試一試。此人遠在貴陽，被中辦一個電話喊到北京，他打開裝著月球石的玻璃盒愣住了，樣品不到一粒黃豆大。原來美國人用凸透鏡做玻璃盒，放大了形狀，看上去拇指大小的岩石其實只有一克。他小心地把月球石剖成兩半，半克拿來做研究，半克送給了北京天文館珍藏。通過四個月的分析，他帶領團隊寫出了14篇論文，礦物成分、結構構造、化學成分、微量元素、物理性質、產出環境……岩石的真身一一浮現出來。他甚至推斷出這是由阿波羅17 號飛船采集來的樣品，在參考美國公布的數據後，他告訴美國人，你們這塊岩石的編號是70017-291。美國人嚇了一跳，哎喲你們全知道了。兩公斤月亮土特產回來了 | 新華社對於中國這次探月行動，美國國家航空航天局（NASA）發了一條推特，期待中透露些許擔心被拒的幽怨：“你們到月球挖土，找到好東西要分享哦，別忘了人家當年的好處哦。”月亮活著嗎？從1969年到1972年，美國6次將12人送上月球挖土，“一鎬一鎬”挖回來361.7公斤月球樣品。1971年“阿波羅15號”降落在月球上的亞平寧山，戴維·斯科特從月球車下來沒走幾步，就踢到一塊水晶，在白色與灰色之間輪轉，非常美麗。同伴詹姆斯·歐文當時心有所感，仿佛這塊水晶正在那兒等待他們的到來。他們認為這是原始月殼的一塊，至少有45億年歷史，並將其命名為“起源石”，這是阿波羅計劃帶回來最著名的月球樣品。蘇聯月球15號飛過美國阿波羅11號登月艙上空所以說，美國登月真假蘇聯人最清楚，世界各國都在38萬公里遠的地球看電視直播，蘇聯人卻是在月球上空眼巴巴望著。月球15號是嫦娥五號的先驅，它在阿波羅11號發射前三天升空，希望搶先美國人登陸月球采樣返回，好讓蘇聯人挽回一點顏面。為了避免與阿波羅11號相撞，蘇聯還把月球15號的軌道參數透露給了美國。然而天不遂人願，月球15號墜毀失事。蘇聯選的著陸點有問題，那片地方表面極其平坦，但是有重力增強，導致傳感器出現偏差，地面指揮月球15號下降，以為還在空中的時候，下一刻就撞在了地上。它的遺願只能等到一年後的月球16號完成，其著陸點約在北緯0°東經56°，與阿波羅11號著陸點都在赤道上，東西相差23°，差不多697公里遠。阿波羅11號落地區域叫“靜海”，月球15號落地區域叫“危海”，月球16號落地區域叫“豐富海”，它們都是意大利神學家喬萬尼·裏喬利在1651年一拍腦袋取的名字。“危海”重力增強，說明地下有高密度物質，形成了質量瘤，至於是什麼物質，只有留待以後深度鑽探才知道。
右邊那處窪地即是危海 | 攝影：鮑國全，《天文愛好者》2018年第11期美國人將首次登月地點選在“靜海”而非“危海”，倒不是趨吉避凶，而是因為1968年美國五艘月球探測器在“危海”中心探測到了月球上最大的質量瘤，美國人感覺惹不起就閃了。戰鬥民族的脾氣是不服就幹，月球16號、20號在“豐富海”采樣返回成功後，蘇聯卯上了“危海”，誓要告慰月球15號的在天之靈。1974年11月，月球23號在“危海”東南（北緯12.43°東經 62.12°）降落時因發生側翻而失敗；1976年8月18日，月球24號在距上次躺倒的地方2.3公里處成功著陸，並帶回地球170克月表下方2米深處的月樣。蘇聯人出了這口惡氣後，人類再無探測器登陸月球采樣，直到2020年嫦娥五號翩然而至。
美蘇月球采樣統計美蘇月球采樣一共382KG，可都是無價之寶。2018年，紐約蘇富比拍賣行拍賣了3粒小型月球岩石，總重量為0.2克，最終以85.5萬美元成交。以此計算，每克月球岩石的價格應該為427.5萬美元。以今天的人民幣對美元的匯率，兌換成人民幣大概為2796.7萬元。當然月樣的價值不是金錢可以衡量的，美國對嫦娥五號采樣感興趣，主要還在於它的著陸點與眾不同，那裏遠離阿波羅和月球號采樣區，極可能存在與之前的樣品不同的岩石類型。
嫦娥五號著陸地區呂姆克山 | NASA國家天文台研究員鄭永春介紹說：“每一個著陸點的選擇，其實是工程上的安全性、技術上的可行性，以及科學上的豐富性，以這三點共同考量。”2018年中國地質大學（武漢）教授肖龍研究組發表了一篇論文，強烈建議嫦娥五號在呂姆克山東部的Em4地質區著陸，這裏約形成於12億年前，是呂姆克山及整個月球最年輕的區域。醋醋看了新華社的報道，嫦娥五號著陸點在北緯43.1°西經51.8°，正好位於Em4地質區。
月球火山運動到32億年前就基本上結束了，美蘇著陸地區采集的月樣，年齡集中在44億至31億年前。嫦娥五號帶回來的將是距今最近一次的月球岩漿活動的樣品。通過對這些樣品的研究，科學家可以試圖解釋月球，作為一個相對較小的天體，內部為何能夠存在如此長久的岩漿活動，從而可能提出新的月球內部演化模型，並為其他行星的演化過程提供參考。2014年7月27日，《自然：地球科學》雜志一篇論文聲稱月球仍然“活著”，其內部依舊存在熔融狀態，而非冷卻變硬。論文來自一個由中國地質大學（武漢）、武漢大學、中科院國家天文台、日本國立天文台等機構的科研人員組成的國際研究小組，其研究結果和其他一些發生在月球上的活動，如深部月震和月球自轉不均勻變化等，都是觀點的有力支持。嫦娥五號帶回來的月樣可能進一步支持或否定這個觀點，為人類提供完整的月球歷史，這將徹底改變我們對月球和太陽系的理解。你說美國人能不眼饞嗎？月亮濕了在月樣研究上，美國曾經吃過一次大虧，付出的代價可能是在重返月球的賽道上當了兔子，漫無目的跑跑停停。今年10月26日，NASA宣布“首次”在有陽光照射的月球表面發現水，全世界媒體蜂擁報道，只有俄媒潑來一盆冷水：“這事兒我們40多年前就曉得了。”研究1976年月球24號從危海帶回的月球樣品，三位蘇聯科學家發現月球土壤大約包含0.1%的水，而更多的水出現在月球表面以下。危海樣品采集於北緯12.43°，相當於地球的熱帶地區，常年被陽光照耀。1978年蘇聯科學雜志《地球化學》(Geokhimiia)發布了這項研究成果，論文署名為M.V.阿卡曼諾夫、B.V.迪米特夫和M.N.馬科夫。由於樣本有限，外界難以重複實驗，再加上冷戰期間蘇聯與西方幾乎互不往來，導致這項重大發現幾十年內無人問津。更讓美國人想哭的是，1976年美蘇為了緩和關系互換了1克月球岩石，蘇聯這1克就來自於170克危海樣品。坐擁361.7公斤月球樣品的美國人八成沒把這當一回事，隨手扔到了一邊沒有好好研究，否則何至於到現在才發現月球有水。此次NASA在月球南半球的克拉維烏斯火山口發現了水分子，它們困在岩石晶體中無法逃逸，濃度為百萬分之100至412，相當於1立方米的土壤中，含有355毫升的水。這比危海樣品0.1%（百萬分之1000）的水少了一半多。在月球找水的路上，170克 VS 361.7公斤，危海贏，果然危險的地方都藏有大機遇。1998年與2009年，美國先後發射探測器，通過中子探測儀與3微米紅外波段探測，發現月球有水的間接證據氫，並繪制了月球南北兩極的水冰分布。
上圖顯示了月球南極（左）和北極（右）的表面冰的分布，由NASA的月球礦物學測繪儀繪制。圖像中藍色表示冰位置，灰度對應於表面溫度（較暗表示較冷區域，較淺表示較暖區域）不過氫既可能是水也可能是羥基的組成，所以月球上的水還有爭議，此次NASA動用搭載波音747客機上的SOFIA望遠鏡，用6微米紅外波段終於看到了不同於羥基的水分子特征，月球上有水才鐵板釘釘。下一步，找出月岩、月壤中的水有哪些成因和賦存狀態，這是嫦娥五號帶回來的兩公斤月樣要解答的科學問題之一。建設月球基地，水資源無比珍貴。人類的工作生活離不開水，水分解成氫氧，氧氣和水供人呼吸飲用、使植物生長，氫和氧還可作為火箭燃料，供飛船返回地球或前往火星或更遠的星際探險。我們現在從地球向月球發射一升瓶裝水的成本為3.5萬美元，這個成本非常大。無法在當地取水，月球基地就很難維持下去，這也是為何在阿波羅計劃完成之後，美國喊了半個世紀重返月球建基地卻至今沒見到影子的重要原因。現在好了，月球終於濕了，月球基地還會遠嗎？事實上，2019年嫦娥四號在月球背面南極——艾特肯盆地內的馮·卡門撞擊坑內著陸，就是給未來的月球南極基地打前站。月球兩極有些地方是永久性陰影區，溫度一般都在-163.15攝氏度，彗星隕石帶來的水分，或者它們撞擊羥基轉化的水分都被極低溫禁錮在隕石坑中，形成一個個深井冰，叫做“冷阱”。在這裏，水不僅是結冰那麼簡單，還會硬得像一塊石頭，並且在長達10億年的時間內都被冰封在這裏。這些冷阱超過一半（60%）位於月球的南半球，且大多數位於緯度超過80度的地區。科學家估計月球表面的冷阱加起來有超過40000平方公里的水冰，相當於安大略湖的兩倍。
月球上有很多深井冰月球南極沙克爾頓環形山附近，有一個區域80％的時間處於陽光的照射之下，10公里外還有兩個區域，總共有98％的時間處於陽光的照射之下。而在不遠處就有一些冷阱，人類可以很方便地利用太陽能獲取月球儲存的冰資源。這裏是建立第一個月球基地的理想區域。水資源保證了基地的長期運作，為進軍火星鋪路，還有利於開采月球上的“石油”氦-3，這是一種理想的核聚變原料，整個地球的儲量只有20噸，月球總儲量大約為100萬噸，可以滿足全球人類一萬年的能源需求。雖然聯合國在1984年通過了《關於各國在月球和其他天體上活動的協定》，簡稱《月球協定》，規定月球及其自然資源是人類共同的財產，但幾個航天大國根本就沒把《月球協定》當一回事兒，簽約國都是些無望登月的小國。基於“先來先得”放之四海皆准的規矩，對月球資源與空間的利用取決於誰更能建基地。本來美國在這方面遙遙領先，阿波羅計劃完成後，下一步就是建設月球基地，但一來當時不確定月球有水，花費太大實際回報太小；二來蘇聯人跑不動已經下場休息，美國幹脆也拍拍屁股走人，玩航天飛機與空間站去了。50年後，美國突然發現，這條賽道多了一名中國選手。星辰大海1994年1月25日，美國發射“克萊門汀”探測器再探月球，一大任務就是找水，奏響了人類重返月球的序曲。眼看老司機有新動作，歐洲日本鬧著也要上車，當年5月31日~6月3日拉上美、俄在瑞士貝阿滕貝召開征服月球研討會，計劃2015~2020年人類再次登上月球並在那裏建立月球基地。月球似乎垂手可得，第二年這些國家又在德國漢堡召開了有關月球資源的會議，協調各方利益制定瓜分策略。雖然中國沒有參加上述會議，但也有一個人在1994年開始深入規劃中國的探月工程，他提交了《我國開展月球探測的必要性與可行性》報告並獲得通過。這個人就是歐陽自遠，自1978年研究了美國那半克月球石之後，登月的種子就在他的心中發芽。歐陽自遠本來是學地質的，他在1952年考入北京地質學院（現中國地質大學），當時是為了響應新中國要成為一個工業國的召喚：年輕的學子們，你們應該喚醒沉睡的高山，讓它們獻出無盡的寶藏。1957年蘇聯發射第一個人造地球衛星，歐陽自遠意識到通過衛星可以逐步把整個地球看清楚，以後找礦更容易，一下把他的視野從地下拉到了天上。當時的中國沒有條件發射衛星，登月更是遙不可及，研究天上的東西只能從掉下來的隕石入手，歐陽自遠從此與這些黑乎乎的天外來客打上了交道。1960年，歐陽自遠在地質所建立了天體化學與核子地球化學研究組，開啟了我國隕石系統研究，1976年吉林隕石雨給了千載難逢的研究場景，從此中科院都知道了有一個人專門做天上的東西，也就有了後來研究月球石的機會。機會都是留給有准備的人。在歐陽自遠看來，月球、火星等星球其實都是天上的地球，同樣需要人類的喚醒。通過他的發起推動，從1994年到2003年，我國的登月計劃經曆了10年的預研准備，同時運載火箭、航天測控網、地面發射場都具備了發射探月衛星的條件。2004年我國宣布正式啟動探月工程，采用家喻戶曉的“嫦娥”命名，分為繞、落、回三個階段，制定了2020年以前在月球采樣返回的目標，為以後的載人登月、建設月球基地打下基礎。16年來，中國基本上按照原定計劃一步一步地完成了所有的階段目標。加上預研，中國的登月計劃走過了26年春秋。嚷著要瓜分月球的歐美日，這些年來都在幹什麼呢？首先他們都制定了宏偉的目標，歐洲航天局計劃在2020年將宇航員送上月球，日本計劃在2020年前在月球上建造進行科學研究的基地。美國在2004年由小布什政府宣布“太空探索新構想”，並在此基礎上於2005年推出“星座計劃”，力爭在2015年讓美國宇航員重返月球，在月球建立基地。甚至印度都計劃在2015年讓宇航員登上月球。只有中國把目標定得很低，2020年實現無人探測器登月采樣返回就好。他們開局也不錯，就在我國宣布探月工程的前一年，2003年歐洲第一個月球探測器“smart-1號”順利升空，日本第一顆繞月探測衛星“月亮女神”號於東京時間2007年9月14日發射，比嫦娥一號早40天。然而結果現在大家也知道了，只有中國實現了在美俄之後從月球采樣返回，具備了下一步載人登月以及建設月球基地的基礎條件。歐洲日本印度吹過的牛全都泡了湯。而美國重返月球也是幾經波折，先是民主党奧巴馬把共和党小布什的星座計劃砍掉，然後是共和党特朗普上台發起“阿爾忒彌斯”計劃，要在2024年將美國宇航員送上月球並建立月球基地。由於俄國財力有限，實際上在登月建立基地這條賽道上，只有中國與美國站在了一起。那麼問題來了，嫦娥與阿爾忒彌斯這兩個東西月亮女神誰領風騷？2024年剛好在特朗普的連任任期內，具有政治意義。然而特朗普已經下台，民主党拜登更加關心氣候問題，“阿爾忒彌斯”計劃的前途也打上了一個大大的問號。嫦娥五號之後，嫦娥六號計劃在月球南極進行采樣返回；嫦娥七號計劃執行月球南極綜合探測，包括地形地貌、物質成分等；嫦娥八號驗證能否采用3D打印技術，利用月壤建科研基地……中國馬不停蹄。中國的探月工程也並非一帆風順，比如2017年就計劃送嫦娥五號上天，因為長征五號發動機爆炸，在確保萬無一失之後才於今年實現月球挖土。嫦娥五姑娘能夠行雲流水地完成任務勝利返回，在於很多步驟之前已經由她的姐姐們試驗過了，只有幾個步驟是完全的“新題型”。步步為營，穩紮穩打，堅定不移，慢就是快。
制作：haibaraemily  出品：科普中國中國的航天工程主要體現了兩大原則：一是在能力不具備時要優先發展能力；二是在具備能力時要優先發展空間應用，讓太空的高度資源與星球的土地資源為我所用。前者比如北鬥導航系統，後者體現為歐陽自遠從地質學的角度主導了嫦娥工程。當然美國的航天能力依然是一頭猛虎不可小視，如果SLS能夠在2021年成功首飛，這種運載能力達到165噸超越土星五號的火箭，將大大推進美國重返月球的目標。民間航天也是美國一大亮點，SpaceX正在研發的星艦，有效載荷最高可達150噸，飛船載人能力超過100人，遠超當前上限7人，目標是可重複使用返回，前往月球火星等外星著陸。雖然最近一次實驗SN8爆炸了，不過一旦成功就會改變人類航天規則。甚至亞馬遜這樣的電商巨頭也進入航天領域，欲與SpaceX一決高低。所以前幾天人民日報都有些著急，呼籲我國的互聯網巨頭別只顧著低頭撿六便士，而不能抬頭看月亮、展開贏得長遠未來的科技創新。此外，美國國際空間站的經驗很多可以照搬到月球基地上。總的來說，中國勝在整體計劃的系統周密與連續性，在火箭運載技術上有待加強；美國勝在多年來技術積累的優勢，但受政治干擾總是斷檔。當年美蘇爭霸就好比百米短跑，一錘定音極具刺激性，這能讓美國上下一心以舉國之力與蘇聯競爭，一旦失去蘇聯這個對手，美國也就各回各家各找各媽。中美之間形成的這種太空競賽，更像是一場馬拉松長跑，誰第一個建月球基地並不重要，重要的是長期穩定地持續下去，偏向於整體系統的工程能力，而非某個單項技術的突破，這方面中國人更具優勢。無需妄自菲薄，我們的前方是星辰大海。欒樹林12月初的深冬早晨，天還沒亮透，林蔭道擠滿了車燈閃爍。兩邊長有成排的欒樹，綠葉夾雜著紅色小葉猶如連串的燈籠，令人賞心悅目。道路早早開始繁忙，因為它通向附近一所小學，司機們大多是送孩子上學的家長。醋醋亦是其中一員，車內空調吐著暖氣，將冬寒擋在車外，坐在後排的菲菲突然問道：嫦娥五號去月球挖土有什麼用？我想起1970年NASA《人類為什麼要探索太空》這封信，專門回答此類問題。一位贊比亞修女寫信質問NASA，地球上還有這麼多吃不飽穿不暖的小孩，NASA怎麼舍得投入數十億美元探索火星。NASA很認真地回了信，主要意思就是太空探索能夠激發出人類強大的創新精神，產生各種技術突破解決那些前所未有的難題。技術突破不僅幫助科學探索，轉化成民用產品後，也極大地改變了我們的日常生活，如增產糧食比傳統方式解決饑荒高效得多，微波爐、購物計價的條形碼，甚至嬰兒穿的紙尿褲，都是來自於太空項目的發明。這些答案都很好，但我認為NASA隱藏了主要事實，當時人類的太空探索並不是一項純粹的科學活動，而是美蘇爭霸的政治原因所致。1970年正是火星計劃遭受美國國會質詢的關鍵時期，NASA對這封回信大張旗鼓不排除有公關嫌疑。然而隨著蘇聯退出太空競賽，火星探索也就變得遙遙無期，這也說明NASA的答案更多是一種結果倒推，而非真正的原因。反而是現在，人類的太空探索更加趨向於科學與應用的目的，那種政治掛帥的象征性勝利變得並不重要。其實1992年前後，國內就有人提出了“嫦娥奔月”的想法，希望在5年內用運載火箭往月球上發射一個象征中國的鐵質標志，永遠地將其“烙”在月球上，以迎慶1997年香港回歸，揚國威、鼓志氣。這個報告打到中央後很快就被否決了。醋醋看了歐陽自遠與林文祝1995年發表的文章《重返月球》，通篇都是在講科學講應用。NASA回信有一段話講得很好：如果國家之間不再比拼轟炸機和遠程導彈，取而代之比拼月球飛船的性能，那將避免多少戰亂之苦！聰慧的勝利者將滿懷希望，失敗者也不用飽嘗痛苦，不再埋下仇恨的種子，不再帶來複仇的戰爭。如此，中美以及全世界的太空長跑，每個人都是贏家。真正要拼的是“子子孫孫無窮盡也”的下一代對科學的傳承，正如這片欒樹林一樣，鬱鬱蔥蔥。
各國月球計劃，已實現的與將要實現的 | 月球與行星研究所（LPI）
《嫦娥五號回家，中美競跑太空》完，請繼續朗讀精采文章。
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