到月亮上淘金去

美麗而又神秘的月球，不僅使人類誕生了嫦娥奔月的動人神話故事，還使文人墨客留下了眾多千古絕唱的詩詞佳句。但在生產力落后的時代，由于無法掙脫地球引力的束縛，致使人類登月的美好愿望一直無法實現。只有到了科學技術高度發展的20世紀，才將這一愿望逐漸變為現實。64年前人類發射航天器探測月球，53年前航天員登陸月球，近3年前發現月球有水。人類探月的目標是：如何盡早重返月球，并建立月球基地，以便開發和利用月球資源，為人類造福。

小貼士: 真實的月亮

古代的人類一直把月球看做無與倫比的天堂和仙境，但是，用天文望遠鏡看去，月球只是一個死寂荒涼的世界。

月球是地球的天然衛星，在一條橢圓軌道上圍繞地球公轉。月球本身還在自轉，自轉周期與公轉周期相等，方向都是自西向東轉動。此外，月球還隨地球一起環繞太陽運轉。月球本身不發光，只能反射太陽光。

人類首次探月

由于月球是距離地球最近的天體，因而人類在成功發射人造地球衛星后，就研制并發射航天器對月球進行探測。首輪探月潮是從1958年開始的，美蘇兩國是最早的探路人。

在此期間，美國最早發射了探月器，而且成功率高于蘇聯。美國共發射44個月球探測器和17艘阿波羅飛船。其中阿波羅11-17號為載人登月飛行，共把12名航天員送上月球，開展了多種科學試驗，帶回了403.54公斤的樣品。無人探月器也傳回大量照片和數據資料。

與此同時，蘇聯向月球發射了59個探測器，其中的月球16號、20號和24號返回式探測器，鉆取采集了320克月巖樣品送回地球。三者中，尤以1976年發射成功的月球24號表現最為出色，它單獨帶回170克月巖。此后，蘇聯集中精力研制和發射空間站，再未發射探月器。

小貼士: 發射探月航天器有幾種方式？

一是從月球近旁飛過，進行近距離觀測；

二是在月面硬著陸，利用直接撞毀之前的短暫時機進行探測；

三是成為月球的人造衛星，進行反復觀測；

四是在月面軟著陸，進行實地考察；

五是讓航天器把人送上月球，進行科學試驗、實地勘察并收集樣品，然后返回地面。

新一輪探月高潮開始

新一輪的探月潮是日美兩國于上世紀90年代拉開序幕的。1990年1月24日，日本發射了“飛天”號探月器，3月18日，“飛天”號釋放“羽衣”號子衛星，使后者轉移到距月面1.7萬~2.5萬公里的橢圓形環月軌道上運行，成為日本首顆繞月衛星。“飛天”號母體則沿地—月大橢圓軌道飛行，最終于1993年4月10日撞向月球，深入月面以下2~3米。

1994年1月21日和1998年1月6日，美國又先后發射了“克萊門汀”1號和“月球勘探者號”探測器。前者發現月球南極地區有冰湖，后者發現月球兩極隕石坑底部有冰碴。為了證明水冰的存在，美國于1999年7月31日讓“月球勘探者”撞擊月球南極一個環形山，結果未能如愿。

2003年9月27日，歐空局成功發射了首個探月器“智慧1號”，“智慧1號”于2006年9月3日準確地撞擊月球，產生了巨大影響，對全球探月起到了推動作用。

2007年9月14日、10月24日和2008年10月22日，日本、中國和印度又分別發射了“月女神”、嫦娥一號和月船一號探月器，掀起了全球新一輪的探月熱潮。

小貼士：“嫦娥一號”先進在哪里？

一是在獲取月球表面三維立體影像上，僅用一臺CCD相機，輔以激光高度計，而“月女神”用的是兩臺CCD相機。

二是用于測量月面探測點海拔高度的激光高度計分辨率高，為1米。

三是能探測月面14種元素的含量與分布特征，這一技術在全世界居于領先水平。

四是在國際上首次利用微波探測儀獲取月壤的厚度。首次月球探測工程的成功實施，使我國進入了具有深空探測能力的國家行列。

中國首顆探月人造衛星——嫦娥一號

我國的探月工程由探月器、運載火箭、發射場、測控和地面應用五大系統組成。首個探月器就是“嫦娥一號”衛星。衛星裝有8種科學儀器和相關設備有效載荷130公斤，肩負著獲取月面三維彩色影像、探明月面14種元素的含量和分布、初步測量月壤厚度和探測地月空間環境四項使命。

2007年10月24日，“嫦娥一號”被送入太空預定軌道后，經多次變軌飛行，于同年11月7日進入距月面200公里高的圓形軌道運行。衛星在一年工作期間，全面探測月球13遍，圓滿完成了任務。2008年11月12日，用“嫦娥一號”拍攝數據制作完成的中國第一幅全月球影像圖公布，成為當時世界上已亮相的月球同類圖中最完整的一幅。

小貼士：為探索太空犧牲的“嫦娥一號”

2008年11月7日，“嫦娥一號”完成預定任務后，狀態依然良好。為充分發揮其潛能，從同年11月8日開始，“嫦娥一號”利用剩下的燃料，進行了后續在軌試驗和多次變軌試驗，并于2009年3月1日，準確撞向月球東經52.36度、南緯1.50度的預定撞擊點。在撞擊過程中，“嫦娥一號”上的CCD相機實時傳回了清晰圖像。

飛向遙遠太空的“嫦娥二號”

中國探月工程第二步先導星“嫦娥二號”在2010年10月1日發射升空。與“嫦娥一號”任務相比，它有六個方面的技術創新：直接飛向奔月軌道、降低繞月軌道、 驗證X頻段深空測控體制，還要驗證近月橢圓軌道機動與快速測定軌技術，為“嫦娥三號”預選著陸區，并驗證大幅提高的數據傳輸能力。

10月9日，“嫦娥二號”進入飛經月球南北極、距月面100公里高的圓形工作軌道運行。

“嫦娥二號”預定工作壽命為半年，到了2011年4月1日，它已經圓滿完成預定目標。由于它還剩下不少燃料，便讓它完成了補全月球南北兩極圖像、對虹灣區進行高分辨率成像的試驗。完成試驗后，“嫦娥二號”于2011年6月9日成功飛離月球，奔向距離地球150萬公里的第二拉格朗日點L2。

2012年2月6日，國防科工局發布“嫦娥二號”月球探測器獲得的月球表面影像圖。此次完成的“嫦娥二號”7米分辨率全月圖是目前國際上已公布的分辨率最高的全月球影像圖，比“嫦娥一號”全月圖分辨率提高了17倍，為我國和其他國家開展進一步月球探測，提供了更加完整和精細的地形地貌數據。

小貼士：飛向第二拉格朗日點L2有什么意義？

對中國航天而言，這是航天器第一次飛向如此遙遠的深空；對世界航天而言，是航天器首次由繞月軌道飛向拉格朗日點L2。2011年8月25日，“嫦娥二號”準確進入L2環繞軌道飛行，開始為期一年多的探測工作。

小貼士：中國嫦娥探月工程有幾個階段？

分為三個階段：“繞、落、回”。其中，“繞”是指在2007年發射探月衛星“嫦娥一號”，對月球表面環境、地貌、地形、地質構造與物理場進行探測。

第二階段的“落”，即在2013年發射月球登陸器。

第三階段的“回”，即在2017年發射航天器登月采集樣品后再返回地球。

月球上有水？

2009年9月24日，美國航宇局宣布，科學家經過對三個航天探測儀器傳回地面的數據分析，發現月球表面存在水和羥基1。這是人類自1959年1月2日發射航天器探月以來，首次確認月面有水。

第一次發現的月球水，并不是隕石坑底部的地下水，也不是被土壤吸收的水，而是附著在月球土壤表層的水。這一結論是根據印度首顆探月衛星“月船一號”的數據資料得出的。

那么，月球礦物質繪圖儀是如何知道月亮上有水的呢？

原來，它是利用光譜掃描的方式來開展探測工作的。月球上沒有大氣層和云霧，太陽光能夠完全照射到月面上，M3在繞月中，通過對月面反射太陽光的情況進行掃描分析，從而判斷出月球土壤的物質元素成分。

由于每種元素吸收的光波波長是事先知道的，所以當某一波長的光波未被反射或反射很少時，即可推知相應元素就存儲在月面上。美國布朗大學行星地質學教授卡萊·彼德斯等人正是根據這一原理，確認了月面存在水和羥基1兩種物質。

小貼士：失蹤的“月船一號”軌道探月器

2008年10月22日升空的“月船一號”軌道探月器，原定繞月運行兩年，不料于2009年8月29日突然與地面站失去聯系，提前終止了探測任務。該探月器上裝有多臺美歐提供的科學儀器，包括美國航宇局研制的月球礦物質繪圖儀——M3。正是這臺儀器的探測數據傳回地面后，科學家們才發現月球表面有水。

撞擊月球尋找水

為了在月球上找到水，美國航宇局于2009年6月18日發射了“月坑觀測與探測衛星”探測器， 打算撞擊月球南極一個隕石坑，來尋找水冰的蹤跡。

2009年10月8日晚，在地面測控中心的控制下，“月坑觀測與探測衛星”的 “半人馬座”火箭和“牧羊探測器”成功分離。分離約10小時后，前者以每秒2.5千米的速度和85度的傾角，撞向凱布斯月球坑西北邊緣地區的靶心，撞出一個大約直徑20米、深4米的大坑，濺起超過350噸的碎片云，崩出高達10千米的塵埃和長約30秒的閃光現象。后者進行追尾觀測，用4臺分光計和5臺相機將獲得的數據發回地球。

前者撞月4分16秒后，后者也高速撞向同一地區，撞出一個大約直徑14米、深2米的坑，濺起150噸的坑底物質，崩出3千米高的煙塵。兩次撞擊產生的效果相當于1.5噸炸藥引爆的情景。

科學家通過撞月后激起的塵埃、微粒、質量更重的物質微粒進行分析，終于發現了氣態和冰態水。

小貼士：月球上的水有多少？

雖然發現月面有水，但是月球還沒有潮濕到可以孕育生物的地步。實際上，月表水并不多，730平方米的土壤含水量才有一口那么多。在容量為兩升的飲料瓶內盛放的月球土壤中，很可能只有一滴水。這相當于從1噸重的月表物質中僅能得到1公斤水。

月球上的水從哪兒來？

發現月坑有水，不僅令科學家們異常興奮，也引發了他們的思索：月球上的水究竟從哪兒來的呢？

很多科學家認為，這些水是撞擊月球的含水彗星帶來的。科學家們正在尋找彗星中是否含碳基化合物，因為“牧羊探測器”的儀器記錄了可能是這樣一些物質的光譜痕跡。

另一種見解是，太陽風的氫原子與月表富氧物質撞擊后出現的氧原子，生成水分子，形成月表水。隨著時間的推移，水分子在月表移動，直至被兩極月坑捕獲而結冰。

小貼士：太陽風為什么能為月球帶去水？

太陽風是日冕因高溫膨脹而向外拋出的超音速帶電粒子流，主要含有帶正電荷的氫原子。由于月球缺乏大氣層的阻隔和磁場屏蔽的保護，致使太陽風可直達月面。在太陽風的連續沖擊下，月面巖石的化學鏈被打破，釋放出氧原子，氧原子與氫原子相遇發生化學反應，生成水分子。

月球上的水有何意義？

月坑水如果已經存在了幾十億年，科學家就可能通過對它的研究而解開太陽系形成之謎。

與此同時，發現月坑有水對人類開發和利用月球資源也有重大意義。參與此次探月項目的布朗大學地理學教授彼得·舒爾茨說：“自從阿波羅計劃終止后，我們斷言月球是座死星球。而現在擺在我們面前的，是一座存在了幾十億年的冰水庫。”科學家認為，月坑有水，為將來在月球上建立基地和向月球移民提供了基本條件。

目前面臨的任務是，繼續對月球坑水探測，以摸清冰水的分布和儲量，為以后的開發和利用提供依據。

此次撞擊月坑的地點，距離美國航宇局原來計劃修建的月球駐人基地不遠，如果在該地區找到水源，將來在月球基地生活和工作的航天員們，就不必依靠從地球運來的用水了，不僅能大大節約基地運轉成本，還可以開發月坑冰水投入到其他方面的使用。

小貼士：為什么月球上的水像黃金一樣珍貴？

從地球向月球運送水，代價非常高昂——運送0.45公斤的水，就得耗資5萬美元，因而月球上的冰水就跟黃金一樣珍貴。

月球未來基地什么樣？

美國最先提出了月球基地計劃，讓我們來看看吧。2005年9月19日，美國航宇局公布了一項耗資1040億美元的登月計劃，打算在未來12年里，研制出新型宇宙飛船和火箭推進器，在2018年之前把4名航天員送上月球；2024年在月球南極建成小型永久基地，并以此作跳板，為以后派人登陸火星甚至更遙遠的天體進行技術準備。

當時的計劃宣稱，所用載人飛月器為新一代可重復使用的乘員探索飛行器“獵戶座”。一次可運載6名航天員，其中登月者4人，能在繞月軌道上運行6個月。

在載人飛往月球時，“獵戶座”將與登月艙、地球出發站組成聯合體一塊飛行。它們依次為機組模塊、任務模塊和推進級模塊。前者與后兩者都將分別使用新研制的戰神1和戰神5運載火箭進行發射，進入近地軌道后再對接起來，形成一個大型載人航天器。航天器飛向月球進行繞月飛行時，2名航天員留在軌道飛行器上，4名航天員乘登月艙著陸月面，停留7天，完成任務后再回到“獵戶座\"。然后飛行器踏上返回地球的歸程，降落在加利福尼亞州愛德華茲空軍基地。

小貼士：美國最新太空計劃

根據奧巴馬政府2010年2月1日公布的新太空戰略，美國航宇局將在2025年后，把航天員送至低地軌道以外的天體，例如小行星；美國將在本世紀三十年代中期將航天員送到火星軌道，暫時中止了載人重返月球和建立月球基地的計劃。

建設月球基地的步驟

建設月球基地主要分為下面幾大步驟。

首先是載人飛往月球。載人登月是一個龐大的系統工程，由載人航天器、空間推進、登月艙、發射場、運載火箭、深空網、航天員培訓、地面模擬、科學載荷、回收場等系統組成。只有每個系統協同運作、密切配合才能完成任務。要研制和建造這些系統，不僅要有過硬的技術，還要有雄厚的財力做支撐。

其次要選好地點。根據探測資料和預定原則初選基地地點后，還應派航天員或機器人實施登月飛行，進行實地考察和勘測，并采集較多樣品返回地球，供有關專家研究認可后，方可最終確定。

那么，未來的月球基地會有多大呢？基地的初步規模不會超過一個足球場的面積。接著要按照已定的規劃搞好設計工作，包括各種廠房的大小、形式與結構，內部的機器、科學儀器與輔助設備，基地上的暖氣及電力基礎設施、交通道路與工具、搬運機械等圖紙與文件，都應齊全配套。

同時，要在地面上研制和生產上述設備。由于月球沒有大氣層的屏蔽，太陽光、太陽風、各種宇宙射線都可直達月面，廠房和露天設備必須具有防護被侵害的能力。為了減輕月球基地上的人力勞動，還要在地面研制出自動化程度較高的多種用途機器人。

另外，要把建設基地的物資設備逐步送上月球。這就需要每年發射2~3艘載人飛行器，把建設基地的物資設備送上月球選定地點。估計需用大約5年時間，方可將建設基地的全部物資設備送達月球選定地點。

在此期間，還應從地面發射專用通信衛星，組建登月互聯網系統，以保證登月航天員在基地的任何地點都能與地球測控系統保持聯系，及時解決遇到的問題。

第五是要建設永久性月球基地。這需要多名航天員登陸基地開展建設工作，并操控機器人按照設計圖紙搬運和安裝物資設備，完成各種廠房的內外部建設以及整個基地配套的基礎設施施工任務。

整個基地由航天員生活區、日常工作場所、科研儀器設備、移動月球車、電力供應、生活保障和通信系統等部分組成，可以保障航天員在月球上持續居住180天。由于航天員可以輪換，設備可以更新，故而能夠成為長期住人的永久性基地。由于月球上沒有空氣，生活保障系統主要是供應氧氣和水，必要時還可供暖。因為基地是建在擁有眾多隕石坑的月球兩極附近，故而可從距離最近的坑內提取并純化水分，以解決用水之需。月球車可供人脫掉笨重的航天服在月面上駕駛行進，做科學考察。

小貼士：為什么月球基地選在南北兩極？

一般說來，月球的南極和北極是兩個較為合適的地點，這里幾乎能提供全天日照，并且非常容易到達月球的背面。月球南極地區的氣溫適宜人類居住，日照條件對用太陽能發電的電力系統至關重要。

未來的月球，一片繁忙

未來的月球基地，將是一片繁忙。看，到處是加工廠！由于月球含有60多種元素，包括硅、鋁、錳、鈉、鈣、鐵、鈦等，以月球基地為大本營，進一步探明某種富集礦藏后，即可建立礦廠，開掘和冶煉礦物質。其成品除供在月球上建立制造廠進行加工，還可運回地球使用，為人類服務。

與此同時，如果月球水量能滿足工業和農業用水之需，經改良后的月球土壤能種植農作物，還能發展搭建大棚一類的設施農業，為向月球移民創造條件。

同時，月面儲有地球上極其稀少的氦-3約100萬噸~500萬噸，用航天器將這種無污染的核聚變燃料運回地球后，可用來發電，能供人類使用幾萬年，長期滿足各行各業對電力的需求。

由于月球上無云無雨無大氣的阻礙，陽光充足，因此太陽能發電效率很高，其電能可通過微波傳輸到地面，供人類享用。這兩項舉措，對解決人類能源緊缺有重大意義。

月球沒有火山爆發，可使各種宇宙信息到達月面，因此在月球上建設的天文臺，能對太陽系、恒星系、銀河系以及宇宙深空進行更清晰的觀測，能更容易地尋找太陽系外類地行星和地外文明，找到宇宙中的暗物質、暗能量、反物質和引力波，為解決當代科技前沿問題提供證據，從而更有效地推動科學發展和技術進步。

知道月面天文臺還有什么重要作用嗎？防止天外來客撞擊地球！因為月面天文臺能比地面天文臺更有效地觀測和跟蹤近地小行星、彗星的運行軌道和位置，更精確地掌握其運動規律。

一旦發現可能撞擊地球的危險動向，即可提前作出準確預報，便于科學家事先采取防范措施，適時發射攜帶導彈、太陽帆、核動力裝置的宇宙飛船，將來襲的彗星炸毀，或將來襲的小行星改變運行軌道，從而確保人類搖籃安全無憂。

建成月球基地后，還會極大推動其他方面的科學研究。如美國打算在沙克爾頓環行山選址建立基地，將為地質學家研究位于月球南極附近具有40億年歷史、可能埋藏太陽系形成初期秘密的艾特肯盆地提供方便，并有可能為爭論不休的月球起源學說做出科學結論。

小貼士：月球天文臺能發現反物質嗎？

很有可能。假如在月球上發現了反物質，科學家就會設法獲取和貯存它們，并利用它和正物質進行湮滅反應實驗，以便研制光子火箭，用來推動載人飛船以接近光速的速度進行星際航行，創造時間變短的奇跡。

小貼士：月球天文臺建在哪兒？

月面天文臺要建在具有較好光照條件，環境安靜的地方，月球背面安靜的環境就比較適合。

月球將成為旅游勝地

等月球基地建成后，地球上的人們會把旅游的新地點選在那里。到那時，很多人見面時會問候說：“剛從月球旅游回來嗎？那里怎么樣？……”

哈哈，真的很有趣！

銳敏的商業公司還會抓住這一商機，發射載人飛船馳向月球，讓飛船在太空中停留約3個月，從近月軌道上拍攝月面和太空高清晰度照片，以及短時登月者的活動情景，然后剪輯成電影或專題片予以出售。

有的公司還會把一顆寬帶通信衛星送到月球軌道上，向人們實況轉播月球基地與月面的形貌，讓那些想了解情況的觀眾大飽眼福。他們還會將一個攜帶高清晰度電視攝像機和完整通信系統的月球車送到月面上，以便現場直播月球探險和開發的過程，讓地球上的人們實時看到月球上美麗的景色。

月球將成為航天發射場

未來的月球，還會成為重要的航天發射場，把各種航天器送入太空。由于月球引力僅為地球引力的六分之一，故從月面發射載人航天器到其他星球成本要比從地球發射低得多。

我們知道，克服地球引力的逃逸速度是每秒11.2千米，而克服月球引力的逃逸速度僅為每秒2.38千米，所以在月面上用中小型火箭即可發射巨型飛船。加上月球有水，水可分解成氫氣和氧氣，二者冷卻后可變成液氫和液氧，可成為液體火箭推進劑，為航天發射提供最基本的保障條件。

至于探索更遠的深空，為了安全起見，可以從月球上先發射無人航天器，如探測太陽、太陽系行星、矮行星、小行星、彗星、行星際空間，甚至飛出太陽系的探測器。

積累經驗后，再發射由近及遠的載人航天器，對適合航天員登陸的目標天體進行實地考察。例如先發射探測近地小行星的載人飛船，在飛船進入環繞軌道并用科學儀器開展探測活動，選好地點后，再讓航天員登陸星面進行勘察和采集樣品，然后回到飛船返回月球。

從長遠來看，在人類發現地外文明和掌握光子火箭技術后，月球很可能成為載人飛船運送航天員飛出太陽系與外星人交往的始發站。如果將來向火星或太陽系外適合人類居住的行星移民，為了節約發射成本，月球航天發射場肯定會被派上大用場。