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欧阳自远:探测月球中国有能力飞得更远

2017-11-19 7:52:14河源日报欧阳自远

    欧阳自远,1935年10月9日生,著名天体化学与地球化学家,中国月球探测工程首席科学家,被誉为“嫦娥之父”,中国科学院院士、第三世界科学院院士,国际宇航科学院院士、中国科学家协会荣誉会长。现任中国科学院地球化学研究所研究员,中国矿物岩石地球化学学会理事长,中国地质学会副理事长,中国空间科学学会理事长与空间化学委员会主任,SCOPE、IGBP和ICL中国委员会副主席、常委与委员。2014年11月,为弘扬欧阳自远的学术贡献和科学精神,一颗由国家天文台施密特CCD小行星项目组于1996年发现并获得国际永久编号第8919号小行星,被命名为“欧阳自远星”。他系统开展各类地外物质、月球科学、比较行星学和天体化学研究,是我国天体化学领域的开创者,获全国科学大会奖、国家自然科学奖和中国科学院自然科学奖等多个奖项。
   
    近日,中国科学院院士、中国月球探测工程首席科学家欧阳自远作了题为《中国的探月梦》的演讲。演讲中,他介绍了中国正在进行的“嫦娥探月”计划,以及向火星、木星发射探测器的一系列计划。他表示,自己最大的心愿就是亲眼看到中国有能力探测整个太阳系。
   
    月亮是地球忠实的保卫者
    首先我得说说月亮。
    为什么地球的周围只有一个月亮?几百年来,科学家们做了无数研究。最近30年有一种理论得到了越来越多的证明。这种理论大致是这样的:我们的地球在太阳系里形成以后,大约在45亿年以前,有一个火星大小的天体撞上了地球。这一撞,撞出很多的碎块,这些碎块在地球的外围慢慢汇集起来,就形成了月亮。
    同时,这一撞,还把我们地球的自转轴撞歪了,留下了一个“残疾”——地球歪了23.5度。但是这个“残疾”太妙了,为什么呢?假如地球的自转轴是垂直黄道面直着自转、又绕着太阳公转的话,地球上每一个地方永远只有一个季节;正因为被撞歪了,每一个地方离太阳的距离都是变化的,所以地球上才出现了春夏秋冬,这就是春夏秋冬的起源。
    大家都知道,月亮给地球上的海洋带来了潮汐的变化。此外,月亮还有一个功能。你看月球表面上全是大大小小的撞击坑,大的直径几百公里,小的才几米、几十米,表面被砸得坑坑洼洼的。这是因为地球外面有好几万颗小行星,时不时地撞在地球上,而月球围绕着地球公转,它因此抵挡了很多本来应该撞到地球上的小行星。所以说,月亮是我们地球忠实的保卫者。
    大家可能没有注意到,我们看到的月亮永远是半个月亮,永远也看不到另半个月亮。为什么?因为月亮按逆时针方向自转,同时它又绕着地球公转,它自转一圈跟绕地球公转一圈的时间相等,我们称为“潮汐锁定”,所以转来转去,你只能看到半个永远是同样的月亮,另半个月亮你站在地球上绝对看不到。
    月亮究竟有多大?已经测出来了,月亮的表面积有3800万平方公里,约等于4个中华人民共和国版图的总和。月亮表面有一个特点,因为月亮的个头特别小,它的引力不足以把大气拴在它的表面,所以它的表面是真空状态,一点空气也没有。
    这就造成两个后果:第一,没有声音的传导,所以月亮上完全是一个死寂的世界,完全没有任何声响。第二,没有温度的传导,如果站在月亮上,照着太阳的时候,温度是零上120℃—130℃,而没照着太阳的时候,温度就是零下150℃到零下180℃。也就是说,一块石头被太阳照着的地方是零上100多℃,它的影子则是零下100多℃。
    月亮上就是这么一个极其恶劣的环境,所以月亮上没有任何生命,也没有一滴水。
   
    争相探测月球的原因
    那么,对于这么一个月亮,我们为什么还要花那么多钱去探测呢?
    1958年,美国和苏联为了争夺空间霸权,曾在探测月球上展开了一场激烈的竞争。他们一共发射了108个探测器。整个探测过程中,一开始是苏联节节领先,但是到了上世纪60年代初,美国总统肯尼迪制订了“阿波罗计划”,最后实现了6次载人登月,一共有12名美国宇航员登上了月球。美国从月球上带回了381.7公斤的月球样品,使人类对月球有了全面的了解。苏联没有一个人登上月球,在这一场空间霸权的争夺中,美国取得了最终胜利,独揽空间霸权。
    然而,从那以后,美国转而致力于搞航天飞机和国际空间站,一直到上世纪末,美国总统老布什又提出要“重返月球”。现在,提出计划要探测月球的国家,包括美国、中国、俄罗斯、日本、德国、英国、法国、乌克兰、奥地利、巴西、印度、韩国等等。目前的第二波月球探测高潮,一共发射了14个探测器,其中中国发射了3个,应该说在这一轮月球探测中,我们处于领先地位。
    为什么这么多国家都要去探测月球?
    第一,月球具有重大的军事战略地位,它是当代太空战的新的制高点。
    第二,月球有丰富的能源。月球有两种能源,一种是太阳能。因为月亮上是真空状的,没有风、没有云、没有雨,没有任何建筑物和人类活动,所以月球表面太阳能的能量密度比地球上大多了。
    月球上还有一种能源原料。我们人类的终极能源不是核电站,也不是石油、煤、天然气,而是核聚变发电,就是利用氢弹的原理在高温下让两个氢的同位素氘和氚聚变发电。氚是一种放射性核素,氘和氚聚变反应后产生中子,不利于防护。科学家希望用氦-3来替代氚,但是地球上几乎没有氦-3,而月球的土壤里含有大量的氦-3。假如这种核聚变发电的能源原料能够利用的话,全世界一年的总能源需求只要100吨氦-3就够了,我们中国全年的能源需求只需要8吨氦-3,全世界人类社会持续发展的能源问题全都能解决了。
    第三,月球的环境非常恶劣,日夜温差巨大、超高真空、无磁场、弱重力、宇宙辐射很强,但是它的环境很洁净,很多产品的生产需要具备这种环境和条件,就可以到月亮上去生产。另外,在月亮上可以观测天文,可以做很多科学实验,因为地球上创造不出这个条件。
    第四,月球上的资源太丰富了,有铁矿、钛矿、铀矿,还有很多稀土矿藏等等。
    这就是目前世界上很多国家都争相制定探测月球计划的原因。
   
    自力更生的“嫦娥探月”计划
    谈到中国的月球探测,中国刚刚建国的时候没有这个条件,因为我们一穷二白,没有科技人才,没有技术能力,也没有钱。
    1993年,我们开始对月球探测进行必要性和可行性的论证,结果论证了两年,专家给的结论是:非常有必要、完全有可能。第二阶段,又花了两三年时间,我们制定了月球探测的发展战略和长远规划。第三阶段,对我国第一颗绕月人造卫星“嫦娥1号”进行深化论证,一定要扎扎实实,取得成功。为此,一共进行了10年的科学论证,非常艰难。
    得知中国开始月球探测后,美国决定不卖任何一个元器件给中国,要封锁和扼杀中国的“嫦娥探月工程”。此外,他们还限制美国的科学家到中国来,也禁止中国科学家去美国参加学术活动,我已经有14年被禁止进入美国。所以,我们只有一条路,这条路就是自力更生、艰苦奋斗、自主创新。没有别的路,我们中国人自己要争口气,咬紧牙关自己干出来。
    2004年大年初二,温家宝总理批准了第一次月球探测计划。当时我们报的经费是14亿元,刚好北京市宣布要建新的地铁,每公里地铁的造价是7亿元。也就是说,我们中国第一次去月球,火箭、飞船、卫星的所有费用,再加上基础设施的建设,还要培养出一支专业人才队伍,总共才花费14亿元,只相当于北京市修2公里地铁的钱。最终,我们真的做到了这一切,没有多花一分钱。
    我向大家简短说一说三次月球探测的情况。“嫦娥1号”是2007年10月24日发射的我国第一颗绕月亮飞行的卫星。它一共飞了一年零四个月,实现了全面、总体、综合地探测月球。就像苏联“航天之父”康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基所说,“我们人类生活在地球上,地球是我们人类的摇篮,人类终将长大离开自己的摇篮,而走向太阳系的其他空间”。我们中国人发射了一二百个卫星,杨利伟、翟志刚等宇航员都上天了,但是我们仍然没有离开摇篮,只是绕着地球转,我们并没有长大。而这一次,是中国人尝试着第一次离开我们自己的摇篮,冲出地球,奔向月球。
    “嫦娥1号”走了13天14个小时19分,行程206万公里,终于到达月球。这段日子真是熬死人了,我们每天都担心,怕它路上遇到什么问题,最后它按照计划进入预定轨道,开始绕着月亮转。我们中国人真的冲出了地球!
    我们第一次到月球去,有很多事情别人已经干过了,比如说制作一张月亮地图,中国人虽然去得晚,但也得做出一张地图来。“嫦娥1号”飞离月面200公里高,用照相机拍摄,但我们的照相机不一样,可以同时拍三张照片,一个往前看、一个往下看、一个往后看,连续地拍下来,这样三张照片就可以构成立体的照片。卫星上还携带有激光测高仪,每一秒测一个月面的高度,飞行一年零四个月就可以测2000多万个点,把这些点连起来就是立体图,精确极了。最后,我们公布了一张全世界最好的月球地图。
    我们还做了一些别人从来没有做过的事,比如用微波辐射计,测量月球表面的亮度温度,计算月球土壤层的厚度、土壤的分布和氦-3资源的分布与总资源量。根据我们的探测,月球上氦-3的总资源量约为103万吨至129万吨,这是我们中国人第一个测出来的。
   
    月亮上有个真正的广寒宫
    “嫦娥2号”是1号的备份,又做了很多改进。
    “嫦娥2号”于2010年发射,直奔月球,4天半到达。飞离月球的高度是100公里,这个高度基本上就是贴着月亮表面在飞。照相机也改进了,像人眼一样。根据它传回的图像,我们做成了一张分辨率7米的全月球影像图和三维立体图,是当今精度最高、全球覆盖的月球地图,目前全世界都在用这张图。
    “嫦娥2号”完成探月任务后,又做了两件工作。一是飞到离地球150万公里远的地方,到达日地引力平衡的拉格朗日L2点的位置,让它打开全部仪器监视太阳活动与太阳爆发。它一共监视了235天,积累了大量科学探测资料。二是探测一个名叫“战争之神”的小行星,它很有可能于2029年撞向地球。“嫦娥2号”与小行星见面的位置离地球702万公里,交会小行星的距离为860米,就那样擦肩而过,拍摄到小行星的形状、大小、表面结构和运动特征。
    现在“嫦娥2号”继续绕着太阳在远航,目前离我们地球大概有4亿多公里,我们真的非常怀念它。根据我们的设计,它将于2029年再回到地球附近,我们祝福它一路平安。
    “嫦娥2号”发回的全部数据,我们无偿发给全国的高校、研究院所使用。一年以后,我们已经把全部探测数据上传到网上给全世界的科学家下载使用,我们中国人也应该对世界有所贡献。
    “嫦娥3号”于2013年发射,它的任务是落月探测,它有一个着陆器、一个月球车,实现着陆器的就位探测与月球车的巡视探测的联合探测。着陆器要四条腿平稳落在月球上,月球车能自己在月球上行走。因为我们在地球上完全来不及指挥着陆器精确选择着陆位置,它真的是靠自己的智慧拍了4763张照片,最后选了一个较为平整的位置降落,它的周围全是坑。着陆器着陆后,有两个轨道搭到月球上,月球车就沿着轨道走向月面,“玉兔号”月球车的足迹刻在了月球上。
    着陆器上携带有四台仪器,其中有两台是国际上首次应用。我们在月球上用近紫外望远镜开展巡天观测,有很多新的发现;在国际上我国首次应用极紫外相机探测地球空间的环境变化。月球车也携带有四台探测仪器,主要是测定月球表面的物质成分与结构;月球车底下装有一台雷达,为什么要安装雷达呢?因为它在上面走,就能知道地底下分成几层,是什么构造,这也是世界上第一次。“嫦娥3号”实现了前所未有的突破。现在“嫦娥3号”着陆的这块虹湾地区,我们已经向国际上申请并得到了批准,被命名为“广寒宫”,所以月亮上有了一个真正的“广寒宫”。
   
    中国有能力飞得更远
    我们国家提出2020年要全面建成小康社会,中国要进入创新型国家的行列;2030年我们要进入创新型国家前列;2049年我们要成为世界科技的强国。
    在中国共产党成立100周年,也就是2021年以前,我们将完成三项任务,迎接第一个100年的到来。
    第一,2017年年底要发射“嫦娥5号”,实现首次地外天体自动采样返回,首次在月球表面自动采样,首次从月面起飞,首次在38万公里外的月球轨道上进行无人交会对接,首次带着月壤以接近第二宇宙速度返回地球。
    第二,2018年,我们要完成一个更艰难的任务,就是发射着陆器和月球车到月球背面,实施人类历史上第一次对月球背面的探测。由于月球背面的特殊环境,还要发射一个轨道器到拉格朗日L2点,担负中继星的任务。在完成了这些任务之后,我们能够到达月球、软着陆月球和安全返回地球,才能完全有把握使中国的航天员登上月球并安全返回地球,进一步建设月球基地,开发利用月球。
    第三,要去探测更遥远的天体。中央领导多次表示希望我们飞得更远,要探测太阳系更遥远的天体,因此我们制订了太阳系的探测计划。我们要探测太阳系里到底还有没有生命,行星到底是怎么起源的,我们能不能在太阳系里找到一个星球改造一下,让它变成第二个地球。目前唯一的选择就是火星,2020年我们将首次探测火星,发射火星轨道器和火星车,实施火星卫星和火星车的天地联合探测火星。
    2021年以后,我们还要探测地球周围的近地小行星,实施小行星采样返回;开展火星采样返回;木星和木卫4探测以及行星际穿越探测。
    总而言之,我们中国应该飞得更远,我们也有能力飞得更远,我们一定要为中华民族的伟大复兴作出新的贡献,也要为人类社会的持续发展作出更大的贡献。
    (据《解放日报》)

编辑:戴珍

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