窺視月芯

呂　靜

阿波羅計(jì)劃之后，似乎人類(lèi)已經(jīng)“征服”月球，對(duì)它的了解也已經(jīng)足夠多；如今再次掀起的探月潮，研究目標(biāo)何在？

1976年8月，在阿波羅計(jì)劃最后一次登月之后的4年，一個(gè)6噸重的飛船停在了月球的危海，該飛船僅僅在月球逗留了一天，即發(fā)回月面的壯觀照片，并采集了巖石標(biāo)本，就匆匆返航。

“月神24”是前蘇聯(lián)無(wú)人樣本返航計(jì)劃的一只飛船，這個(gè)計(jì)劃共有三只飛船，只有“月神24”安全返航。

在冷戰(zhàn)政治的奇怪邏輯中，俄國(guó)人的月球計(jì)劃在登月戰(zhàn)役中被看成是一種失敗，因?yàn)樗麄冇玫氖菣C(jī)器人。而事實(shí)上，“月神”計(jì)劃是一個(gè)驚人的技術(shù)進(jìn)步。“月神17”和“月神21”都配備了最早的全自動(dòng)地外飛行器，而且它們歷時(shí)幾個(gè)月，沿月表旅行了幾千公里。“月神16”“月神20”和“月神24”還是唯一帶回月球土壤樣本的機(jī)器人計(jì)劃。“月神24”在月球上鉆了一個(gè)2米的核心樣本，與阿波羅宇航員所鉆的深度一樣。

這些是30年前的事情，自那以后，再?zèng)]有一條返回式的飛船登上過(guò)月球。

但是，所有這一切就要改變了。大約在下一個(gè)10年，新一代的月球計(jì)劃將使人類(lèi)革命性地理解我們的這個(gè)近鄰。有了適當(dāng)?shù)念A(yù)算和有限的有效負(fù)荷，這些無(wú)人駕駛飛船將更像前蘇聯(lián)的“月神”而不是美國(guó)的阿波羅。這些計(jì)劃將是美國(guó)航空航天局(NASA)、歐洲宇航局(ESA)、中國(guó)、英國(guó)和印度，也許還有其他國(guó)家共同參與的國(guó)際性項(xiàng)目。在2020年之前，為深入了解月球，人類(lèi)將重返月球。

從月震捕獲信息

和上世紀(jì)60年代競(jìng)爭(zhēng)性的太空競(jìng)賽不同，這一次重返月球?qū)⑹且淮胃叨群献鞯男袆?dòng)。2008年3月，NASA宣布了一項(xiàng)提議，要將所有國(guó)家的無(wú)人登陸器都聯(lián)合起來(lái)，挑選組成為國(guó)際月球網(wǎng)絡(luò)(ILN)。這一網(wǎng)絡(luò)將掃描整個(gè)月球，詳盡地傾聽(tīng)、測(cè)量和分析月球表面。

對(duì)于我們來(lái)說(shuō)，月亮還有很多未解之謎。沒(méi)有人知道月亮內(nèi)部是由什么組成的。它是不是有一個(gè)固體的金屬核心，還是有一個(gè)熔化的核心，或者二者兼而有之？——實(shí)際上，我們迄今完全不知道月亮是不是有個(gè)核。GRAIL這一月亮軌道器將于2011年發(fā)射——到時(shí)候月亮將會(huì)“被敲個(gè)底朝天”。

GRAIL將繪制出比以往任何一次計(jì)劃都準(zhǔn)確1000倍的月球重力場(chǎng)圖。一旦宇航員再度飛向月球，這將是準(zhǔn)確登陸所必需的知識(shí)。不過(guò)，重力試驗(yàn)也有純粹的科學(xué)目的。假如，月球和地球一樣，最里面是一個(gè)固體的核心，外面還包著一個(gè)液體的核心，GRAIL就應(yīng)該能探測(cè)到其內(nèi)核的顫動(dòng)，并能揭示出它以前的樣子和現(xiàn)在的整個(gè)風(fēng)貌。

就算GRAIL不能直接探測(cè)到月球核心，借助ILN上的震動(dòng)探測(cè)器，它也可能確定月球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。月球科學(xué)家長(zhǎng)期以來(lái)一直夢(mèng)想著建立一個(gè)月球震動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)聆聽(tīng)一個(gè)物體中震波的傳播方式，你就可以說(shuō)出很多關(guān)于這些被波穿過(guò)的巖石情況，比如它們是什么巖石，是怎樣排列的，以及它們的密度結(jié)構(gòu)是怎樣的。事實(shí)上，我們關(guān)于地球內(nèi)部的知識(shí)主要都來(lái)自對(duì)地震波的測(cè)量。

震動(dòng)網(wǎng)絡(luò)并不全是新的東西，6個(gè)阿波羅計(jì)劃中的4個(gè)都帶有功能完善的測(cè)震儀，這些設(shè)備直到1978年才被關(guān)閉。但是，測(cè)震儀是不完美的聽(tīng)診器。它們只能觀測(cè)到同測(cè)震臺(tái)之間距離一樣的深度。而由于阿波羅上的幾臺(tái)測(cè)震儀被分開(kāi)放置時(shí)中間只有幾百公里，它們無(wú)法提供月核的答案，也無(wú)法提供月球遠(yuǎn)側(cè)的地震強(qiáng)度，因?yàn)槟抢餂](méi)有放置傳感器。

雖然有其局限性，阿波羅的網(wǎng)絡(luò)還是提供了一些月球信息，比如它發(fā)現(xiàn)了月震及其兩個(gè)發(fā)生特點(diǎn)：深和淺。阿波羅的儀器錄制了幾千次發(fā)生在月表700到1000公里以下的深層月震，這比地球上的地震要深得多。淺表的月震就更加令人迷惑了，其發(fā)生量也非常少；阿波羅震動(dòng)檢波器在8年中記錄了28次，最高震級(jí)是5.8級(jí)，這種月震就足以引起月球上任何人造基地測(cè)震臺(tái)的明顯結(jié)構(gòu)性損害，特別是因?yàn)樵職さ膭傂裕鸬脑抡鹨鹊卣鸪掷m(xù)的時(shí)間長(zhǎng)。

基本上，我們對(duì)淺表性月震一無(wú)所知。沒(méi)有人知道它們是由什么引起的，也沒(méi)有人知道它們是發(fā)生在月表之下200公里還是1公里，也不知它們是隨機(jī)分布地發(fā)生，還是趨向于在某一個(gè)地方發(fā)生，如果確實(shí)如此，經(jīng)常發(fā)生月震的地方就不是建立月球基地的好地點(diǎn)。新的震動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將有助于回答這些問(wèn)題。

從外到內(nèi)，了解月球起源

另外一個(gè)要做的月球網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目是測(cè)量來(lái)自月球內(nèi)部的熱流動(dòng)。這一指標(biāo)將揭示月球內(nèi)部由放射性元素所產(chǎn)生的熱量有多少，這些信息都會(huì)有助于解釋月震的發(fā)現(xiàn)。對(duì)震動(dòng)波的測(cè)量也有助于明確月球的組成成分。如果證明月球成分與地球非常不同的話，就相當(dāng)于給研究工作扔了一個(gè)解決問(wèn)題的扳手：人們一直認(rèn)為月亮是由地球與一個(gè)火星大小的行星碰撞的碎片所形成的。

建立熱流傳感器網(wǎng)絡(luò)可能比較麻煩，因?yàn)樾枰獙⑺鼈兩盥裨谠氯老隆０⒉_的宇航員曾希望在月球上鉆一個(gè)3米深的孔，但是卻吃驚地發(fā)現(xiàn)月球巖石表層的風(fēng)化層非常堅(jiān)固，所以最后也沒(méi)能打到預(yù)定的深度。既然宇航員做起來(lái)都很困難，那么，按理說(shuō)機(jī)器人做起來(lái)就該更困難了。但是，“月神24”卻證明，這也許并不是不可能的。

ILN要解開(kāi)的第三個(gè)謎團(tuán)就是月球磁力。不像地球，月球沒(méi)有磁場(chǎng)。可是NASA衛(wèi)星“月亮勘探者”在上世紀(jì)90年代晚期的時(shí)候曾按計(jì)劃撞擊月球，結(jié)果發(fā)現(xiàn)月表有大塊的磁性物質(zhì)，這些物質(zhì)究竟是如何抵達(dá)月球的仍然是個(gè)謎。早期月球是不是有個(gè)磁場(chǎng)，而這正是其遺跡呢？或者這些物質(zhì)是以某種方式被隕星撞擊而磁化的？人們認(rèn)為，月壤包含著微細(xì)的鐵粒。而撞擊會(huì)熔化或蒸發(fā)這些鐵，并能在巖石冷卻后產(chǎn)生一種會(huì)在鐵粒上留下永久印記的瞬態(tài)磁場(chǎng)。正如地球磁場(chǎng)的作用一樣，這種印記磁場(chǎng)可能有助于保護(hù)未來(lái)的月球基地免受太陽(yáng)風(fēng)的危害，并可保護(hù)電子系統(tǒng)和宇航員不受帶電粒子的轟擊。

由于所有這些原因，ILN的網(wǎng)點(diǎn)將可能包含一個(gè)測(cè)震儀、一個(gè)熱流探測(cè)器和一個(gè)磁力計(jì)。但是，很多細(xì)節(jié)還有待澄清。第一是定位問(wèn)題。要做得好，一個(gè)測(cè)震網(wǎng)絡(luò)將至少需要6個(gè)站點(diǎn)，要均勻分布在月球的各個(gè)地方，有遠(yuǎn)端的，有近端的，還有靠近兩極的。第二，所有的站點(diǎn)都要在相同時(shí)間進(jìn)行測(cè)量。還有，這些觀測(cè)站點(diǎn)要能連續(xù)工作，至少要和測(cè)震網(wǎng)絡(luò)的操作時(shí)間一樣長(zhǎng)久。

一個(gè)更讓人頭大的問(wèn)題就是在長(zhǎng)達(dá)14天的月球夜里給這些站點(diǎn)供能，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候是得不到太陽(yáng)能的(有人建議白天用太陽(yáng)能，夜晚是用電池或燃料電池，靠近月球兩極的地方用得天獨(dú)厚的太陽(yáng)能，還有人提議用核反應(yīng)堆)。假如有半數(shù)網(wǎng)點(diǎn)在一定的時(shí)間里都因?yàn)槁L(zhǎng)夜缺少動(dòng)能而未能聯(lián)機(jī)的話，那么，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)就告癱瘓。更糟糕的是，遠(yuǎn)端的觀測(cè)站點(diǎn)將沒(méi)有能看到地球的直接線路，需要一個(gè)起著通訊轉(zhuǎn)播的軌道衛(wèi)星。

計(jì)劃已經(jīng)啟動(dòng)

一些成員已經(jīng)提出了詳盡的計(jì)劃。歐洲宇航局(ESA)的高級(jí)研究協(xié)調(diào)員符英歷經(jīng)10年研究出一套微型儀器，將在2013年隨歐洲宇航局的“火星探測(cè)器計(jì)劃”上天。由于配備了一個(gè)測(cè)震儀、一個(gè)熱流探測(cè)器和一個(gè)磁力計(jì)，這是一套與ILN網(wǎng)點(diǎn)很相像的虛擬藍(lán)圖。歐洲宇航局提出的下一次月球計(jì)劃的一部分也包括著相似的裝備。英國(guó)正在研究被稱(chēng)為“月光普照計(jì)劃”的可行性，據(jù)倫敦英國(guó)國(guó)家宇航中心的太空科學(xué)主任帕克說(shuō)，該計(jì)劃將有3～4個(gè)小型科學(xué)觀測(cè)站登陸月球，他補(bǔ)充說(shuō)道：“雖然細(xì)節(jié)還沒(méi)有最終確定，但‘月光普照軌道器也一樣需要數(shù)據(jù)中繼鏈接。”

在已經(jīng)計(jì)劃的項(xiàng)目中，有兩件事最引人興趣：這就是錢(qián)和信息。目前錢(qián)已經(jīng)開(kāi)始流入，今年4月，NASA為加州莫菲特場(chǎng)新的月球科學(xué)研究所剪彩，該所將配合美國(guó)的月球科學(xué)研究，最終也將與其他國(guó)家一起進(jìn)行合作研究。今年，這個(gè)研究所將頒發(fā)總數(shù)為500萬(wàn)美元的獎(jiǎng)金，支持那些在2008年底之前從事月球科學(xué)研究的50位科學(xué)家。

2008年日本發(fā)射的“月亮女神”和中國(guó)的“嫦娥一號(hào)”軌道器都將源源不斷地發(fā)回有關(guān)月球的信息數(shù)據(jù)，印度也于幾個(gè)月后發(fā)射了月球初航-1號(hào)，NASA計(jì)劃將于2009年2月份發(fā)射月球勘探軌道器(LRO)，于2011年發(fā)射GRAIL，然后就將到所有這些登陸器組建ILN網(wǎng)絡(luò)的時(shí)代。

世事難料，40年前超級(jí)大國(guó)登月的太空競(jìng)賽，如今正在漸漸演變?yōu)閲?guó)際間的合作項(xiàng)目。