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人類探月那些事

從20世紀60年代初開始,人類就嘗試著征服月球。不到10年,這顆地球唯一的天然衛星就被人類登陸了,前后有24名宇航員進入過月球軌道,有12個人站上月球,有人甚至在月球上飆過車、打過高爾夫球,有3名美國宇航員在地面測試時葬身火海。

截至2021年9月,一共有7個國家和組織曾進行過68次月球探索相關的任務,其中有3個國家曾把月壤送回地球,有10次探月太空任務以失敗而告終。

1972年后至本書出版之時,再也沒有人光臨過月球,而過去的60多年,正好寫下了人類探月史的第一節。

人類這么早就去過月球?

對于地球而言,月球是唯一的,正因為它是綠色地球的唯一衛星,所以被稱為高等智慧生命的地球人早早地就開始探索這個鄰居了。

從1958年,蘇聯就開始著手探索月球,他們一共進行過23次探索月球的相關任務,其中6次失敗,但有2次成功地把探測器送上了月球。還在1970年11月17日那一天,使全世界第一輛無人駕駛的“月球車1號”成功著陸月球,隨后通過探測器完成了取回月球土壤的壯舉。

中國的“嫦娥五號”探測器于2020年年底也成功“解鎖”了這個技能。

與蘇聯相比,在探索月球這件事情上,美國算是后來居上。1961年5月,美國總統約翰·肯尼迪宣布要在1970年以前實現載人登月的壯舉,當時這被認為是不可能完成的任務。誰知道在1969—1972年這3年多的時間里,美國居然實現了6次成功登月,把24名宇航員送入了月球軌道,其中12名宇航員登上了月球,另外還把3臺有人駕駛的月球車(LRV)也送上了月球,而在阿波羅17號任務結束后的50年里,人類再也沒有登過月。

圖1.7? 阿波羅登月使用的月球車? 來源:NASA

【名詞小百科:LRV全稱Lunar Roving Vehicle,是在月球表面行駛并對月球進行考察和收集分析樣品的專用車輛。

誰說中國搞不定月球?

比起蘇聯和美國,中國航天的探月工程起步時間確實比較晚,但作為“嫦娥奔月”這個神話的出品國,中國從來沒有停止過對月球的向往。

2004年,我國正式開展月球探測工程,在經過2007年的“嫦娥一號”、2010年的“嫦娥二號”的試驗性探索后,“嫦娥三號”探測器終于攜“玉兔一號”著陸巡視器于2013年12月正式登陸月球,開展了一系列的勘測任務。“玉兔一號”月球車行走了超過114米,最終工作了972天后,因故障結束了使命,完成了多項創舉。

2019年1月,“嫦娥四號”任務帶來的驚喜就更多了,不僅利用“鵲橋號”中繼星完成了人類的首次月球背面軟著陸,還第一次在月面實現了生物的培育和生長。著陸后的“嫦娥四號”里,有一個生物實驗的載荷,里面攜帶了棉花、土豆、果蠅等多種植物種子和動物的卵,最終棉花長出了月球上的第一株植物嫩芽。跟著去的“玉兔二號”月球車也很爭氣,截止到2021年9月20日,它已行駛約800米。

2020年11月24日,海南文昌,在萬眾矚目之下,8.2噸重的“嫦五妹妹”坐上了她800多噸重、57米高的座駕——長征五號遙五運載火箭奔向了月球。23天后,“嫦娥五號”的返回器準確地著陸在內蒙古四子王旗地區,完成了這個被稱為“中國航天迄今最復雜、難度最大的任務之一”。

看到這兒,你是不是對中國的探月工程充滿了好奇和敬意呢?別著急,“嫦娥六號”“嫦娥七號”“嫦娥八號”等探測器將在未來幾年相繼出發,為中俄共建的月球科研基地的建設做準備,將來會有更多的“嫦娥”和“玉兔”登上月球。

史努比是航天吉祥物?

有一條“不覺得自己是條狗”的黑白色小獵犬,它永遠記不住主人的名字,但卻“萌化了”無數人的心,它就是全球最知名的一條狗——史努比。

很多人并不知道,史努比竟然是NASA的官方吉祥物! 1967年1月27日,“阿波羅1號”任務在一次測試中發生大火,3名宇航員不幸遇難。慘案發生后,為了挽回形象,NASA急需一個吉祥物來緩和民眾對航天業的負面看法,降低悲劇造成的不良影響。于是史努比這個形象被選中了,在以它為主角的系列漫畫中,這條有著太空夢想的狗,在作者查爾斯·舒爾茨的筆下早已登上了月球。

后來,NASA將“阿波羅10號”飛船的指揮艙和登月艙分別命名為“查理·布朗”(史努比的主人)和“史努比”,同時讓史努比作為飛船的吉祥物守護著飛行安全。在出發時,“阿波羅10號”指揮官托馬斯·斯塔福德還特地在經過史努比公仔時摸了摸它的鼻子,想沾沾好運氣。

圖1.8?“阿波羅10號”指揮官托馬斯·斯塔福德摸史努比的鼻子沾好運? 來源:NASA

“阿波羅10號”在執行任務過程中遭遇了一些突發的情況,導致那個叫“史努比”的登月艙被永遠地留在了太空,但任務卻有驚無險地完成了。此后,有史努比在的任務都無一失敗,宇航員也開始相信這條狗確實能帶來幸運,NASA還特別設立了“銀色史努比獎”,用來表彰為太空事業做出過杰出貢獻的人。

最拉風的月球運動竟是它?

很多體育迷肯定想過一個問題,如果能在月球上進行體育活動,哪種運動可能會最受歡迎?足球、橄欖球還是乒乓球?

其實,在月球上能夠站穩就很不容易了,穿著80多公斤的航天服,在引力只有地球六分之一的月球上依然會很笨拙,剛剛說的這幾項運動,難度有點大。不過,有人已經在月球上進行過人類的首次體育運動了。

那是在1971年2月6日,美國首位進入太空的宇航員艾倫·謝潑德正在執行“阿波羅14號”登月任務。

當時的謝潑德掏出了一個物品后,與休斯敦太空中心的對話被記錄了下來:“休斯敦,我想你能認出我的手上拿的是什么,我的右手是一支6號鐵桿,而左手有一個千百萬美國人都認識的小白球。現在我要把它丟到地上了……不好意思……這航天服太硬了,我沒法用兩只手揮桿。”隨后的時間里,他進行了幾次被載入人類史冊的高爾夫揮桿動作,并成功擊飛了兩顆高爾夫球。

圖1.9? 艾倫·謝潑德在月球上組裝設備? 來源:NASA/JSC

如何把球桿帶上月球?

其實,為了這次在月球上打高爾夫球,艾倫·謝潑德可以說是“蓄謀已久”,他把高爾夫球桿和兩顆高爾夫球藏在一只長筒襪里偷偷帶到了月球上。雖然一直以來,NASA并不鼓勵這種私帶物品的行為,可是從另一個角度來說,這次的揮桿也不失為一次對于月球重力環境的直觀實驗。

直到現在,艾倫·謝潑德在月球上的揮桿瞬間仍被認為是人類在月球上活動的經典畫面之一。

那兩顆高爾夫球被留在了月球上,但那支球桿卻被帶了回來。3年后,艾倫·謝潑德把它捐給了美國高爾夫球協會(USGA),如今,這支桿和那只長筒襪都被收藏在美國高爾夫球協會博物館。USGA原執行官大衛·費伊曾說過這樣一句話:“如果有一天博物館起火,或許我首先會想著要去挽救的就是這支太空球桿,它是一件證物——證明高爾夫是人類在月球上唯一進行過的體育項目。”

圖1.10? 收藏在美國高爾夫球協會博物館的高爾夫球桿? 來源:USGA

謝潑德竟然吹牛?

據艾倫·謝潑德自己回憶,第一次擊中高爾夫球的那一桿并沒打好,球落在了附近的坑里,但第二桿可就厲害了,把球打得足足飛出去了好幾百米。事實證明,謝潑德在“吹牛”,因為那兩顆球都被人找到了。謝潑德怎么也不會想到,USGA會在50多年后,委托一名名叫安迪·桑德斯的影像專家對“阿波羅14號”任務的原始視頻進行了高分辨率的掃描。

根據圖像分析結果,艾倫·謝潑德第一桿僅僅把球打出了22米左右,第二桿確實好一點,但也沒有超過40米。雖然理論上在月球上真的能打很遠,可現實結果卻證明艾倫·謝潑德確實是在“吹牛”。

其實可以想象得到,一位并非高爾夫運動的專業人士,穿著如此笨重的艙外航天服,站立都很困難,卻要單手揮桿,這樣能把球打出去就已經算是圓了一個超級大的月球夢想了!作為人類的首次壯舉,這位“美國進入太空的第一人”艾倫·謝潑德想吹吹牛還是能理解的。

圖1.11? 安迪·桑德斯分析高爾夫球被擊飛的距離? 來源:NASA

什么?一頭大象掉到月球上了!

2019年9月7日,一個來自印度的名叫“月船2號”的探測器,在月球的南極嘗試進行軟著陸時與地球的控制中心失去聯系。之后,各方面都在努力尋找這艘飛船的下落并試圖恢復聯系,72小時后,“月船2號”著陸器墜落的確切地點被找到了,但這個耗資約1.4億美元的任務也徹底宣告失敗。

“月船2號”探測器重達3850千克,相當于一頭亞洲成年大象的體重。它包含軌道器、著陸器和月球車3個部分,同時還攜帶了十多個各類型的科學研究裝置,造價都很昂貴。當然,如果它能成功的話,印度會成為繼美國、俄羅斯和中國之后的,全球第四個探測器成功登月的國家。但這場意外事故,只是在月球上砸出了一個坑,并貢獻了一堆新的“廢銅爛鐵”。

【名詞小百科:軟著陸大多是指航天器利用減速、減震等裝置,降低速度、緩和沖擊的相對安全的著陸方式。

月球上都有些什么大垃圾?

1959年9月12日,蘇聯的“月球2號”探測器發射升空,2天后,它撞擊在月球表面的月海區域,成為人類“扔”到月球上的第一個物體。為什么說它是被“扔”的呢?因為這是人類首次操控探測器成功實施的主動撞月行動。

其實,在撞擊的那一瞬間,它還不能被稱為“垃圾”,因為在它的生死一刻,傳回了很多重要的數據,而這些數據無疑可以幫助到后面的很多任務。

中國的“嫦娥一號”繞月衛星也曾在2009年用這種方式完成了撞月。在過去的60多年里,人類在月球上留下的物品總重量早已超過了200噸。從1969年7月到1972年12月的3年多時間里,先后有12名美國宇航員乘坐“阿波羅號”飛船登上過月球。

所以,最有分量、個頭最大的肯定是美國在歷次登月行動中先后留下的5個“土星5號”運載火箭的軀體,還有5個(或6個)登月艙的殘骸,以及3輛人類駕駛過的月球漫游電動車等。

圖1.12?“土星5號”運載火箭的S-IVB殘骸? 來源:NASA

當然,蘇聯的“貢獻”也非常大,他們一共發射了24個月球探測器,其中“月球9號”于1966年2月3日在月球上實現了軟著陸,成為首個成功登月的探測器,但6次失敗的經歷也讓一些失事的探測器的“尸體”永遠成了月球的一部分。歐洲航天局曾在2003年也發射了一個非常小巧的探測器,僅重367千克,體積大約1立方米。這個首次使用了太陽能離子推進器的探月衛星,在繞月2000多圈后,以7000千米/小時的速度完成了撞月,造價1.1億歐元(約合7.81億元人民幣)的“智能1號”衛星就這樣長眠在了“卓越湖”上。

中國的“嫦娥三號”“嫦娥四號”“嫦娥五號”的3個著陸器,以及“玉兔一號”月球車則是我國留在月球的“不動產”。而此刻,“玉兔二號”仍在月球上做著任務,終有一天,它也會變成“紀念品”。

那么,為什么美國6次12名宇航員成功登月,可月球上只有5個“土星5號”火箭殘骸?

根據研究發現,“阿波羅11號”和“阿波羅12號”任務的火箭殘骸均進入了太陽軌道。其中,“阿波羅12號”的火箭殘骸在2002年作為小行星被發現,并給予了編號J002E3。而“阿波羅13號”至“阿波羅17號”的共5個火箭殘骸,均被證實墜落在月面之上。2021年的一項研究表明,在“阿波羅11號”任務中,阿姆斯特朗和奧爾德林所用的登月艙可能并未墜毀,目前仍在繞月球軌道運行。

月球上有哪些奇怪的東西?

除了上面說的那些大塊頭,月球上也有一些你意想不到的奇怪物品。比如,“阿波羅15號”的宇航員曾在月球上留下的一個8.5厘米的鋁質小人像,在它旁邊的一塊紀念牌上寫著14位在太空探險事業中喪生者的姓名。

第10位在月球行走的美國宇航員查爾斯·杜克留下了一張合家歡照片。

圖1.13? 鋁制小人像和紀念牌? 來源:NASA

艾倫·謝潑德留下了兩顆高爾夫球。

月球上還留著100張面值為2美元的紙鈔,這是阿波羅登月行動中的宇航員們用來當作護身吉祥物而帶上月球的,如果某一天有人能找到這些鈔票的話,應該每一張都價值連城。

說得夸張一點,在未來,如果你有機會去月球旅游,甚至可以不帶相機,因為那里已經有很多拍照和攝影設備了,像美國人留下的大量攝像機、三腳架、鏡頭刷,以及采用熱保護設計的哈蘇相機。

如此看來,被人類送上月球的物品計算下來,價值其實早已超過1000億美元。不過要想找回它們卻比“登天”還難,因為月球并沒有你想得那么小,你也很難在上面行動自如。告訴你一個秘密,月球上還有12雙宇航員穿過的靴子及96個排泄物的袋子。據NASA的科學家說,如果人類再次登月,更應該找回的是那96個排泄物的袋子,因為它們有助于專家了解一些簡單生命體在宇宙環境中的傳播方式,為人類在外星生存及生活提供研究樣本,找到更多的可能性。

圖1.14? 被扔在月球上的垃圾袋? 來源:NASA

有哪些動物上過月球?

1968年,烏龜和黃粉蟲的幼蟲乘坐蘇聯的“探測器5號”飛船來到月球附近,并在月球上空環行了一圈后,安全地回到了地球,這當然不能算是一次登月之旅。還有一種緩步動物,身長不足一毫米,號稱能在-273℃(絕對零度)至150℃的極端條件下存活,它就是被稱為“地球生存冠軍”的水熊蟲。你很快會想到,月球的表面溫度剛好是-183℃至127℃左右,似乎水熊蟲在月球存活的可能性非常高。

確實不止我們想到了,在2019年4月,以色列的一家機構真的發射了一顆“創世紀號”探測器奔向了月球,上面搭載了一些水熊蟲。只可惜發生了意外情況,帶著這群“蟲蟲特工隊”的探測器在月表上墜毀了。

直到今天,仍有很多科學家認為那些水熊蟲還活著,他們為什么這么肯定呢?因為水熊蟲還有個綽號叫“苔蘚豬”,它們在脫水數十年后還能復活,而這些水熊蟲是經過脫水處于休眠狀態,再被裝入人造琥珀中的。

后來,英國的兩位科學家進行了多次超高速的撞擊實驗,得出的結果是,水熊蟲能承受的速度大約是900米/秒。而根據創世紀號墜毀之前傳回的最后數據,它的垂直速度已達到了134.3米/秒,水平速度高達946.7米/秒,這顯然已超過了實驗中得到的水熊蟲的承受極限,那些地表生存最強的動物大概率是兇多吉少了。

不過,由于超出的速度不是很多,某些水熊蟲或許還有一絲存活的希望。

手電筒可以照到月球嗎?

你小時候有沒有干過這樣一件事?就是拿著手電筒對著夜空照射,手電筒的光看上去能夠照到很遠的地方,于是你就開始思考,這些光能不能照到月球上去?相信這個問題已困擾你多年了,因為當時連大部分的大人也不知道該如何回答這個問題。

其實,大部分手電筒的燈泡都只是一個體格很小的白熾燈而已,這種小燈泡的后面放有一個凹面鏡,這種通過凹面鏡發出去的光束會隨著距離的增加而不斷地擴大范圍,也就是說,光束會越來越分散。

而地球和月球之間的距離大約是38.4萬千米,即使不存在大氣層內灰塵和空氣的阻擋,這些光束也早已在到達月球之前就消失了,根本不存在照到月球上的可能性。

手電筒能在月球找到水?

人類在1969年就成功登月了,NASA也一直在致力于尋找并利用月球上已有的資源,但這仍然是一項極具挑戰性且花費高昂的任務。

其中有這么一個很有意思的嘗試,就是發射“月球手電筒”,使用激光來尋找月球上潛在的水冰資源。而“月球手電筒”其實是一顆小小的立方衛星,它的體積只有12×24×36(厘米),大概也就是一雙兒童球鞋的鞋盒子般大小。“月球手電筒”的設計原理是利用紅外線激光束迅速射入月球的隕石坑,然后在光束反射回來后收集它們,月球表面的土壤不會吸收紅外線,但是水冰卻能吸收。

因此,月球隕石坑的吸收量越大,隱藏在這些隕石坑里的水冰數量就會越多。一旦“月球手電筒”完成了繪制月球隕石坑中水冰分布圖的任務,它就會接到指令,通過撞擊月球南極來結束它的使命。

另外,水除了是生物生存所必需的要素外,也是生產火箭燃料的重要原料之一。如果今后所有的水都要從地球運往月球的話,成本會非常高,這將會大幅度地限制未來月球基地的建設和發展規模。

如果能直接從月球表面找到水冰資源,將極大地促進未來月球資源的開發效率。看上去荒蕪的月球,其實到處都藏著寶貝。

圖1.15?“月球手電筒”找水示意圖? 來源:NASA

月壤不能種菜怎么辦?

2021年年初,“嫦娥五號”探測器在經歷了23天的旅程后,一次性取得了約1.7千克的月球土壤回到地球。樣品的分析結果表明,月壤中不含任何有機養分而且非常干燥,從種植業入手解決未來月球上的糧食問題似乎行不通。

可如果在月球上建立人類的科考基地,不就能吃到新鮮的食物嗎?當然,如果氣溫合適、水源充足,耐旱型植物還是能在月壤上長出來的,只是生長情況不會很理想,估計樣子也會比較難看。不過,植物生長最關鍵的兩個因素是陽光和水,土壤的問題完全可以利用營養液來解決。

看來,素菜類的食物并不難解決,在太空艙內種植土豆應該沒有太大的難度。《火星救援》這部電影已經描繪過在外星球如何種土豆的場景,月球其實也差不多,未來我們如果想吃土豆,可以建造一個現代化的無土栽培大棚。

而根據現在的研究,在外太空培育藻類也是一種非常棒的做法,科學家們早在2017年就發現藻類暴露在太空真空、極端溫度、致命輻射及紫外線下仍然在國際空間站外部的太空中存活了16個月之久。不過,太空人還是需要一些高蛋白食物來補充營養的,除了壓縮類的熟食,還有別的選擇嗎?

圖1.6? 科學家模擬月壤種植蘿卜? 來源:NASA

怎么在月球上吃上高蛋白?

月球基地里能養殖動物嗎?歐洲的科學家們似乎找到了一些答案,法國海洋開發研究院提出了在月球基地養殖魚類的可能性,并著手設計一種合適的養殖艙,同時測試魚卵是否能安全送達月球基地。他們認為,如果能在月球基地成功地養殖魚類,將可以為研究人員和太空游客提供更豐富的蛋白質營養。

而且,養殖一些生物也非常有助于緩解科研人員的心理壓力。開始,科研團隊只是想送一些雞蛋上太空,并不是魚卵,人們普遍認為雞蛋應該比魚卵堅固,那么實際情況如何呢?

在第一階段的實驗中,通過火箭升空時的劇烈搖動的考驗后,雞蛋的表現確實很不錯,有95%的雞蛋順利孵化,完全符合大家的預期。但鱸魚的卵也有76%的孵化率,而那些沒有經過搖動的鱸魚卵則有82%的孵化率。從測試的兩組數據來看,相差不大。雞蛋的孵化率雖然很高,但魚卵的數據也著實不低,加上團隊成員們都覺得在太空養魚顯然比養雞更可行。你不妨想象一下,在月球基地里,你是想看著一缸安靜游泳的魚,還是瞅著滿地亂跑的雞呢?沒錯,腦子里浮現出飄著雞屎味的太空艙,科學家堅定地選擇了去實現“太空養魚”的想法。

歐洲鱸魚有望首先登月?

歐洲航天局已決定資助“太空養魚”計劃了,希望能為規劃中的“月球村”打造更宜居的環境。當然,由于月球的空氣成分特殊,也不是每一種魚都適合食用,因此研究團隊必須挑選二氧化碳排放低、孵化快的魚類。由于在太空環境的旅行中,生命體會暴露在高輻射下,因此需要具備抗帶電粒子的能力。

經過篩選后,歐洲鱸魚被選中用來做進一步的實驗,同時它還可以忍受鹽度變化幅度較大的條件,剛好適合淡水不足的月球環境。團隊在進一步的分析后認為,比起陸地生物,水中的環境更加惡劣,時常遭遇強流、海浪,以及表面堅硬的石頭的碰撞,而魚卵的強韌性超乎了研究團隊的想象。

專家指出,在月球上飼養魚類不僅能為人類提供新鮮食材,從心理學角度來看,養殖生物有助于研究人員和居民放松心情,培養成就感,減少抑郁癥出現的風險。

不少科學家認為,貝類或蝦類等無脊椎動物應該會比魚類更適合月球環境,也更好養殖,而且養殖空間也比鱸魚這種脊椎動物要節省很多。

照這么來看,中國人最愛的、早已在地球上“稱霸”的小龍蝦,不僅生長速度快、適應能力強,而且因為它的雜食性特別好喂養,看來以后在月球上吃小龍蝦也是很有可能的!

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