越追“月”美丽

航天 · 2016-10-31 15:23:59

或许不用100年，地球上的石油就将耗尽；而月球上的氦-3，可以为人类提供数万年的能量。地球最常见的17种元素，月球上比比皆是；而地球没有的6种矿物，也可在月球上找到。更何况，最近科学家竟然在月球上发现了水。人类越是对它追寻探索，这个以前被视为一片死寂的星球，越是散发出无穷魅力。在地球资源逐渐枯竭的时候，它能否成为拯救人类危机的最后一根“稻草”？

月球其实有点“潮” 　　　　“真的，我们在月球上找到了水。”2009年11月13日，美国航天局科学家安东尼·科拉普雷特说这番话时，一脸真诚，神情犹如一个孩童，“不是一星半点儿，而是数量惊人。”此时，科拉普雷特特意举着一个白色水桶，以示“数量惊人”。就在上月的10月9日，美国宇航局连续用一枚半人马座运载火箭和月球陨坑观测与传感卫星（LCROSS），撞击了月球南极的凯布斯坑，以探测月球上的水冰，掀起了人类在月球上找水的高潮。此次撞击扬起至少25加仑（95升）水，而这一数量仅仅是在单个月球坑单次撞击所扬起的“水量”。此前，印度首个月球探测器“月船一号”，美国的“卡西尼号”和“深度撞击”探测器都分别发现过月球有水的证据。　　　　科拉普瑞特说，分析结果显示，凯布斯坑含水土壤层至少有两层，它们分属于两个不同时期。第一层是探测器碰撞陨坑的前两秒喷溅出的物质，它们是包含在矿物质中的水和羟氢氧基分子，甚至还混合着微量的纯净冰。这个含水层非常薄，或许非常“新鲜”，可能是近期补充的水资源。这个含水层的发现与2009年月球矿物绘图仪的发现不谋而合。当时该仪器在月球最表面的几毫米厚土壤层中发现岩石和灰尘微粒中混合有少量水分子，虽然这些水分子含量较低，但分布范围很广泛。　　　　第二个含水层则有些不一样，其中不仅包含着更多的水，还混合着之前科学家未曾发现的化学物质，其中包含着二氧化硫、甲醇，以及银、钙、镁、氨、钠、一氧化碳、二氧化碳等。　　　　行星地质学家彼得·舒兹说：“这个地方看起来就像一个元素藏宝箱，曾经被释放到月球各地的化合物，现在都聚集在这些永久阴暗处。”他认为，由流星撞击月球释放的大量元素，可能在阳光的驱使下，都转移到了寒冷的极地。它们被极区永远处于阴暗处的寒冷、黑暗的陨石坑捕获到。　　　　不过，目前科学家还无法解释为什么会形成两个含水层。据猜测，这可能说明月球水的来源不只一个。较深层的水是在太阳风的影响下形成。太阳持续不断地释放出被称为太阳风的粒子流。太阳风中的带正电荷的氢离子（质子）撞击月球并与月球土壤中的富氧物质发生反应从而形成水。而浅层冰水物质也许是远古时期撞击月球的饱含水分的彗星和湿润的小行星带来的礼物。　　　　而最近，在研究1971年“阿波罗14号”所采数十亿年前的月球岩石后，美国科学家也有惊人发现：月球火山矿物中含有水，但并非以常见的液态水存在。这一发现让科学家相信月球上的水是广泛分布的，不仅月球外部，月球内部也同样存在水。研究人员称月球上的磷灰岩含有氢氧根离子，这是一种磷酸钙矿物。这一发现基于美国科学家对月球地表下玄武岩样本的研究。　　　　那么，在月球上发现水的存在，究竟为何让人类如此兴奋呢？因为如果月球上到处存在水，那就意味着人类在月球表面建立定居点将会变得很实际。在现在的技术条件下，这一尝试非常昂贵。比如，为了将1品脱（约568毫升）的水从地球送达月球，需要花费约25000美元（近17万人民币）。但如果科学家能从月球岩石中提炼出水，用来满足饮用所需以及燃料需求，那么人类定居点将不再那么遥不可及。并且，人类还可以从水中电解获取氢气和氧气，以便提供火箭燃料。　　　　乔治·华盛顿大学太空政策学者约翰·洛格斯登评价道，“寻找到月球存在水的证据是一个重大突破，月球由此变得更耐人追寻。”加利福尼亚大学教授格雷格·德洛里说：“相比一个呆板和一成不变的月球世界，如今的月球将因为发现了水而更具活力和趣味……月亮，已不再是我们父辈时的那轮月亮。”　　　　不过，尽管科学家可以乐观地去想象月球究竟有多少水，但这次实验仅仅局限在凯布斯月球坑，这个坑是否能代表整个月球表面的水含量仍是个未知数，对于月球整体的状况仍需进一步取证分析。就像《纽约时报》所评价的，月球有水现已成真，但月球还远不够“潮”。因为先前发现，月球表面大多数地区比地球上的沙漠还要“干”。 　　　　“月球藏宝图”揭开神秘面纱 　　　　100多年前，法国小说家儒勒·凡尔纳发表科幻名作《从地球到月球》，用充满绮丽幻想的妙笔，描述3位探险家坐在一颗大炮弹里，被巨炮射到月球上去。如今，幻想渐渐变成了现实，人类一直在构想如何实现对月球的实地探测。那么，人类为何要煞费苦心地探月，以图在那里长期发展？　　　　这自然是因为月球所蕴藏的“猛料”——为人类所急需的矿藏资源和能源原材料。特别是在地球资源逐渐枯竭、环境日益遭到破坏的背景下，人们不约而同想到了开发月球。毕竟月球距地球只有38万公里。　　　　首先，月球上有两种资源将会给地球带来重大利好。一是月球上可接收到丰富的太阳能；二是月球矿藏丰富，有月海玄武岩中的钛铁矿和克里普岩中的稀土元素、钾、磷、铀、钍等，尤其是富含核聚变燃料的氦-3，更是能量惊人，极有可能成为人类未来使用的一种清洁、安全的新能源。　　　　由于月球表面没有大气，太阳辐射可以长驱直入，因此在月球，白天月表太阳能辐射强烈，有丰富的太阳能；同时，月球上的白天和黑夜都相当于14个地球日，因此可沿月球纬度相差180度的位置分别建立太阳能发电厂，并采用并联式连接，就可以获得极其丰富而稳定的太阳能。当处在月球夜晚的太阳能电厂停止工作时，处在月球另一侧的太阳能发电厂正好在白天，可以正常发电。两个电厂不断轮换可以保持持续发电。这不但解决了未来月球基地的能源供应问题，还可以用微波将能量传输到地球，为地球提供新的能源。　　　　缺少大气层的阻挡，太阳风粒子可以直接注入月球表面，太阳风粒子的长期注入使月壤富含稀有气体。在这些稀有气体中，最让人们感兴趣的是氦-3，因为氦-3可以与氘进行核聚变反应，并释放出巨大的能量。氦-3是氦的一种同位素，它的原子核内比氦少了一个中子。这是一种十分理想的核电原料，既不像目前所用的重金属钚那样具有放射性污染，又不需要太高的温度即可点燃，是一种安全、稳定又清洁的核电燃料。　　　　目前，人类正在对受控核聚变反应开展研究，并主要针对氘-氚核聚变反应开展研究。相比目前正加速发展的利用氘和氚反应的热核聚变装置来说，用氦-3进行核聚变反应具有比用氚作燃料有更多的优点，主要表现在：在氘-氚核聚变反应过程中，伴随核聚变能的产生，要产生大量的高能中子，而这些中子将对核反应装置产生广泛的放射性损伤。相反，若用氦-3作反应物，则主要产生高能质子而不是中子，质子的穿透性远远低于中子，因此防护设备简单得多，对环境保护更为有利；氚本身具有放射性，而氦-3没有放射性。　　　　由于月壤中氦-3的含量较为稳定，因此只要能够精确探测月壤的厚度，就可以估算出月壤中氦-3的资源量。以美国“阿波罗”登月飞船和前苏联的“月球号”自动取样探测器采回的月总量可达100万～500万吨，而地球上可提取的氦-3只有15至20吨。若能实现商业化利用，月壤中的氦-3可供地球能源需求达数万年，中国全年发电量也只需8吨氦-3。因此，开发月壤中丰富的氦-3资源，对人类未来能源的可持续发展具有重要而深远的意义。　　　　此外，月海玄武岩蕴藏着丰富的钛铁矿，而且，钛铁矿不仅是生产金属铁、钛的原料，还是生产水和火箭燃料——液氧的主要原料。而克里普岩所蕴藏的丰富的稀土元素以及钍、铀是未来人类开发利用月球资源的重要矿产资源。此外，月球上其他岩石还蕴藏着丰富、极具开发潜力的铝、钙、硅等资源。　　　　除了蕴含丰富的矿藏资源之外，月球还是一个理想的太空实验室。月球的特殊环境使它成为许多学科开展研究和试验的理想场所。月球没有大气，没有电磁波的吸收与辐射，没有磁场以及弱重力场等特征，为许多在地球上无法进行或难以进行的研究与实验提供了理想场所。同时，月球还是地球通往太空的“中途岛”。从外层空间探测长远发展来看，探月、登月、建设月球基地、进入更遥远的太空，已是一个必然的发展趋势。月球在太阳系中的位置和它本身的环境特点，使它成为人类迈出地球摇篮、走向深空的门槛和试验场。 　　　　对月球“想入非非” 　　　　2005年10月，美国哈勃太空望远镜传回地球的资料是第一份高清晰度紫外线图像，这是科学家期盼已久的珍贵资料。因为这些图像提供了一个研究月球表面土壤矿产含量变化的新工具。通过这些图像的分析，科学家可以绘制出一张二氧化钛在土壤中含量的地图，并进一步研究月球的矿藏含量。　　　　可以说，哈勃望远镜绘出的“月球藏宝图”，将告诉人类今后将该如何从月球上开采钛铁矿。　　　　月球上存在的大量水冰，尤其让科学家们兴奋无比，并开始对月球的资源“想入非非”了。美国休斯顿月球与行星研究所的科学家保罗·斯普迪斯说：“在月球上开采水源可能比我们以前认为的更加容易。”　　　　这些水的宝贵之处，并不仅限于它能为未来的月球居民提供水源，还能被分解成氢和氧，为火箭提供燃料。火箭燃料可以利用水生产，并在低地球轨道的燃料站进行出售，让太空里的飞船和卫星可以不断补充燃料，继续运行。这样必将使人类利用太空的方式发生彻底改变，引发巨大的贸易、旅游和发现的新浪潮。显而易见，在月球上设立燃料补给站具有很大经济效益，因为这颗天体的引力仅为地球的六分之一，因此在那里发射火箭的成本更低。　　　　由于遥控月球采矿活动的技术目前已经存在，因此不少人认为在月球上采矿非常可行。目前，一些公司已经开始草拟前往月球开采水源的计划。例如，美国沙克尔顿能源公司希望到2020年能在轨道里出售火箭燃料。　　　　不过，对于在月球上开采水源的设想，中国探月工程首席科学家、中科院院士欧阳自远却显得很谨慎。从已知的数据来看，月球上永久阴影区月壤中水冰的含量极小，而且到底有多少水冰，现在还是未知数。即使水冰数量足够多，如何把它们取出加以利用，在工程技术上也是道超乎想象的难题——因为要从-240℃左右、几公里深、伸手不见五指的深坑中，将水冰加热转化成水蒸气再收集利用会很难。“如何让机器在-240℃这样的极端黑暗、严寒中运转，现在还无法办到。”欧阳自远说，“更不要说，要将月壤挖掘并堆积起来。还有，用什么装置加热？这个过程需要消耗多少能量？能源如何解决？运输问题又如何解决？”　　　　当然，乐观者大有人在，由于月球临近地球，意味着人和机器之间几乎能进行实时通讯，时间延迟只有1或2秒。科学家们认为，开采水资源只是第一步，之后会开采其他资源，比如被困在寒冷的陨石坑里的甲烷和氨，它们所含的碳和氮是任何长期月球居留地都需要的成分。而只要核子融合变成一种可行性能源，企业家就会开采月球上的氦-3。　　　　在科学家眼里，月球显然是一个非常有前途的地外采矿候选者，不过要开采小行星的矿物，就不那么简单了。小行星含有大量铁、铂和其他贵重矿物，或许还含有很多水。即使是近地天体，也比月球距离我们更远，而且它们的偏心轨道使人类很难对其进行多次采矿。　　　　XCOR宇航公司总裁杰夫·格里森希望把一颗小行星拖到我们地球附近，有空时就开采它上面的矿物。从月球、小行星、火星及其卫星火卫一和火卫二上开采矿物，将是不可避免的。格里森说：“一旦你做到这些，你就具有经济逃逸速度。如果你能到达那里，恒星将属于你。”　　　　种种迹象表明，人类历史上的第一次地外采矿活动，可能会从月球开始。不过，尽管人类科技水平的发展足以开发月球的矿藏资源，但是，人类的道德水平能否约束住自己越来越贪婪的胃口？谁能保证明日的月球不会变成今日的地球？“大漠沙如雪，燕山月似钩。”到那时，曾经留给我们美好记忆的明月，是否还能一如既往地让人充满无限遐想？（张翰）

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