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印度登陆月球热门探测点——月球南极!那里藏着什么?为什么各国争先恐后?

2023年11月10日8:16 未解之谜网

    你准备好要当月球移民了吗?

    人类再次展开登月竞赛,准备重返月球。

    今年八月二十三日,在全世界的瞩目下,印度登月艇“月船三号 Chandrayaan-3”成功着陆于月球南极附近,展开为期半个月的科学探测任务,也成为人类史上第四个成功软着陆于月球表面的国家!这更是 21 世纪以来除了中国嫦娥系列之外唯一的成功登月任务。

    这次的登陆地点选在月球南极附近。除了月船三号,未来印度与日本合作的月船四号,以及中国的嫦娥七号、嫦娥八号任务,甚至是 NASA 阿提米斯计划的首次载人登陆,地点也选在月球南极。

    问题来了,月球南极到底有什么样的魔力,能让世界各国如此趋之若鹜?是有挖不完的石油?数不清的黄金?还是外星人留下的秘密装备?

    月球南极有什么?

    从人类的生存、家禽动物的饲养、到植物的灌溉,都脱离不了“水”这个在地球上再常见不过的物质。不仅如此,水电解之后得到的氧气可以用于呼吸,氢气则可以做为火箭引擎的燃料使用。想要让人类走出地球,成为跨行星物种,确保充足的水源供给绝对是最核心的要务之一。

    然而,虽然地球上的液态水很多,但正由于我们对水的需求如此庞大,如果要把所有需要的水都从地面用火箭发射进太空,需要的成本将非常惊人。

    因此直接开采并使用本来就在太空中的水资源,才是合理且经济的做法。没错,各国在将人类送上登月前,先将目光锁定在了月球南极,关键就是要寻找“水”。

    如果月球上有水,不仅能帮助人类在月球建立起永久基地。月球,更将成为人类航向广袤星海的第一片绿洲。

    可是,缺乏大气保护、日夜温差超过两百度的月球表面,真的会有水存在吗?

    由于缺乏大气层,液态水在月球上要嘛会因为蒸发而散逸,要嘛会因为低温结成水冰,很难以液态稳定存在。而即使是固态的水冰,也会在炙烈的阳光下升华,因此月球表面的大部分地方是几乎没有水的。

    但大家可以想象一下,月球的公转轨道与地球绕太阳公转的黄道面几乎平行,夹角只有 5.145°。也就是说,月球不论在哪个位置,阳光总是直射在月球赤道附近。如果此时月球的南极点刚好有个向下凹陷,而且足够大、足够深的陨石坑,那么在陨石坑之中的阴影区,就永远不会照射到阳光。

    图/wikimedia

    这些地方被称为“永久阴影区 Permanently Shadowed Areas”。由于不会受到阳光照射,因此永久阴影区附近的水冰,能够持续存在数十亿年的时间。

    但是,虽然有“保存”水冰的条件,关键是永久阴影区中真的有水冰存在吗?如果有,含量又有多少呢?这时,各国的探月任务就接手上场了。

    月球南极真的有水吗?

    这些探月任务可不是一时兴起,因为过去“月球上没有水”的印象可是深植人心。直到 1990 年代开始,科学家才陆陆续续从越来越多月球探测器的资料中,发现水可能存在的蛛丝马迹。

    其中一次重大的进展发生在 2009 年。当时,NASA 使用擎天神五号火箭,同时发射了“月球勘测轨道飞行器 LRO”以及“月球坑观测和感测卫星 LCROSS”两个探测器。前者是一颗绕月卫星,后者则是一个撞击用探测器。

    在发射升空之后,NASA 首先让 LRO 与火箭分离,并进入月球轨道。接着,还连在火箭第二节上的 LCROSS,则跟着第二节火箭一起朝着月球南极的永久阴影区之一——卡比厄斯环形山飞去。在撞击前数小时,LCROSS 与第二节分离,并让第二节火箭以每秒 2.5 公里的高速,直直撞入永久阴影区,激起大量的月表物质。LCROSS 则直直飞入其中,检测其中的物质成分。并在六分钟后,同样撞击于月球表面。但就在这短短的六分钟的牺牲打中,LCROSS 收集到的资料向科学家展示了,月球南极的永久阴影区中不仅确定有水冰的存在,更有汞、镁、钙、银、钠等其他诸多有用的物质资源。

    2009 年 6 月 18 日至 2009 年 10 月 9 日 LCROSS 轨迹模拟动画。图/wikimedia

    有了 LCROSS 的资料,再加上其他月球探测器,像是克莱门汀号、月船一号、LRO 等等,提供各种遥测资料,人类终于能掌握月球表面有水存在的证据。

    时间回到现在,月球表面-尤其是月球极区的永久阴影区中,有水冰的存在已经是科学家的共识。但是这些水冰具体有多少,能否支撑人类在月球极区建立太空基地呢?这就只能实际派出登陆艇前往一探究竟了。

    到月球南极寻找水冰吧!

    可惜的是,8 月 23 日成功在月球上着陆的月船 3 号和携带的月球车 Pragyan,在 9 月 2 号和 4 号就入休眠,推测可能是因为无法承受极低温环境,至今还未能重新唤醒。

    Pragyan 登陆月球。图/wikimedia

    在未来两年的月球极区无人探测任务中,NASA 的 VIPER 任务可以说是最值得期待的另一项任务。VIPER 全名为月极挥发物调查漫游车,是 NASA 有史以来第一台“无人月球车”,同时也是 NASA“商业月球载酬服务 CLPS”系列任务的一员。CLPS 和过去的太空任务不同,是由 NASA 提供科研载酬,由商业公司提供载酬的发射、巡航、着陆等服务。本次 VIPER 任务选定的商业伙伴是美国的 Astrobotic Technology 公司,VIPER 探测车将会乘坐该公司的 GRIFFIN 登陆器降落在月球南极,透过各种仪器勘查月球极区挥发份的组成与分布。

    这台重 430 公斤,体积与高尔夫球车相当的 VIPER ,身上塞有四个主要仪器。

    首先是中子光谱仪,它会藉由量测月球表面中子辐射的能量分布,了解地底下氢原子的分布状况,从而推测水冰的含量。

    第二,近红外光挥发份光谱仪,它会以近红外光灯照射月表,并从挥发份的光谱分析它的化学组成,同时也能判断水是以结晶、非晶质的冰,或是氢氧根离子的形式存在。

    第三,质谱仪,能藉由电场分离不同荷质比的物质。除了能知道月表有哪些元素以外,还能分辨氘与氢、氧-18 与氧-16 等不同同位素的含量,对分析水的来源至关重要。

    第四个仪器名为 TRIDENT(The Regolith and Ice Drill for Exploring New Terrain),缩写很酷,名字很长,但简单来说就是一个装有温度计的钻头。可以从月面下一米处钻取一段十厘米长的岩芯,为前面几个仪器提供样品。

    除了这些科研仪器以外,VIPER 上还有一对立体视觉摄影机,能够拍摄具有距离感的照片,为探测车的导航提供参考。

    VIPER 原型机。图/wikimedia

    有了 VIPER,NASA 还必须想好要把珍贵的探测车派到何处进行调查,才能尽可能发挥他的潜能。除了理所当然地要放在可能有水的地方之外,地表的起伏与材质也有要求,比如太陡峭的山壁显然就不是个好选择。同时探测的地点,还必须可以和地球建立通讯。

    更重要的是,由于 VIPER 是太阳能驱动的探测车,探测地点不可以长时间缺乏日光,否则探测车会不仅会因为缺乏电力,还会因为长时间处于酷寒环境中而坏掉。进入休眠的月船三号,就是因为设计上就没有为度过月球寒夜做准备,因此任务的极限时间一开始就限制在两周左右。综合以上条件,科学家选定了月球南极 Nobile 陨石坑西方的高地作为 VIPER 任务的地点。这里虽然不是严格意义上的永久阴影区,但是满足有日照,且时间足够短到允许地底下有水冰的存在。

    为了有充分的时间进行探索,VIPER 设计时就有考虑探测器的电力与保温,可以透过三个休眠时期度过月球的夜晚,执行至少一百天的任务。在这一百天中,VIPER 将会调查陨石坑周围,了解到底有多少水冰和二氧化碳、二氧化硫等挥发物,为将来的登月计划铺路!

    要前往其他星球甚至离开太阳系,比起地球,拥有较低重力的月球,一直被认为是人类出发太空的前线基地。人类想要成为跨行星物种,水则是绝对不可或缺的关键资源。而经过数十年的研究,科学家终于在月球发现可能蕴藏大量水冰资源的地方。我们离移民月球或其他行星,又更靠近了一步。

    就让我们一起期待这些探测器们,帮助我们揭开月球南极的神秘面纱吧。

    跟大家说个小趣闻,月船三号着陆之后,印度为了庆祝任务成功而将月船三号的登陆点命名为“湿婆神之力 Shiv Shakti”。那如果今天是你的探测器成功登月了,你会想帮登陆地点取什么名字呢?留言与大家分享吧!

    最后也想问问大家,如果人类真的确保水源,并在月球南极建立起了月球永久基地,你会想移民过去吗?

    不只想,我还想接着去火星跟太阳系外呢

    去旅游的话刚刚好,我想去找露西和大卫约会的地方圣地巡礼

    先等等,说不定月球背面,还有外星人在等着我们呢

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