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人类再返月球:为什么月球南极几乎成了最热门的太空目的地?

天文航天|2019-5-14 12:35

来源:国家地理中文网|544人参与|0评论

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为什么月球南极几乎成了最热门的太空目的地?

  这张插图展示的蓝色起源公司的轨道飞行器:新格伦火箭。

  供图:BLUE ORIGIN

  撰文:NADIA DRAKE

  5月9日,亿万富翁杰夫·贝索斯的私营宇航公司蓝色起源宣布,将把“蓝色月球”着陆器送往月球南极。在华盛顿特区举办的一场仅限于受邀者参加的发布会上,贝索斯宣布,该公司的目标是沙克尔顿撞击坑(环形山)。这个撞击坑宽约21千米,位于月球南极,富含水冰,周围许多区域处在近乎永恒的太阳光照之下。

  此前,有传言称,蓝色起源公司的月球着陆器要在4月26日发射升空,而当天,该公司发布了一则神神秘秘的推文,暗含了5月9日这个日期,还配上了欧内斯特·沙克尔顿1914年横跨大西洋时所驾驶的“耐力号”航船照片。

为什么月球南极几乎成了最热门的太空目的地?

  不过,蓝色起源公司已经悄悄地做了许多基础工作。去年秋季至今,该公司一直在发广告招聘月球着陆器设计人员,请求注册商标“蓝色月球”,并宣称将与谷歌Lunar Xprize一起资助登月竞赛。该公司甚至还把月球画到了臂章上。

  2017年,蓝色起源公司的业务发展与战略主管向美国国会作证时说:“是时候让美国重返月球了,这次还要待在上面。沙克尔顿撞击坑及与之相似的地点,是在近地区域测试关键深空探索技术的理想地点。”

  这场发布会之后,蓝色起源公司也成了众多想在月球南极着陆的宇航机构和私营企业之一。那么,问题来了,这片区域有何特殊?这场竞赛对未来可能实施的载人计划有何意义?且看详细分解。

  南极安乐窝

  首先,月球南极有太阳系内已知最大的撞击坑之一:南极-艾特肯盆地科学家很希望能更仔细地看一看这块巨大的“暗斑”。

为什么月球南极几乎成了最热门的太空目的地?

  月球勘测轨道器拍摄的这张拼图中,可以看出月球南极阴影里的撞击坑黑暗深渊。

  供图:NASA

  尽管这块盆地非常古老,但它仍然深约13千米,宽约2575千米。它其中包含有许多个较小(但仍然相对很大)的撞击坑,比如阿波罗撞击坑、薛定谔撞击坑、沙克尔顿撞击坑,以及冯·卡门撞击坑,也就是中国的嫦娥4号探测器着陆的地方。

  “我们对去往月球南极很感兴趣。只是现在我们还没有机会这么做而已。”月球勘测轨道器的项目科学家、美国戈达德太空飞行中心的Noah Petro说道。

  除了近距离观察这片巨大的盆地之外,对于几家打算在月球上建立永久基地的机构和公司而言,月球南极拥有几种关键的资源。其中最重要的是水冰,以及用以太阳能发电的阳光。

  美国宇航局总部的首席月球科学家Sarah Noble说:“最终,月球将为我们提供飞往火星或更远地方的资源以及测试技术的试验场,其中就包括建立一个可持续、可重复利用的建筑。”

  在月球表面找矿

  很长时间以来,科学家都怀疑月球上有水,这些水可能是早期的火山喷发或太阳系外天体撞击带来的。但直到最近,我们才开始确切知道月球上的水有多少,存在于哪些地方。

  2009年,月球撞击坑观测及遥感卫星(LCROSS)进入环月球极地轨道;之后,该卫星把用过的火箭助推器抛弃在了南极附近的卡比厄斯撞击坑。这次撞击使一些碎屑抛射到太空中,这颗卫星从碎屑中降落并进行研究,然后也撞向了月球。(Petro说:“我喜欢把这叫作硬着陆。”)

  LCROSS在溅起的月球物质中发现了水。美国布朗大学的Ariel Deutsch说,虽然LCROSS只能以这种方式研究仅仅一个区域,但这也可能是月球表面或表面附近存在水的最有力直接证据。

  Ariel Deutsch是研究行星表面冰分布的专家。他指出,最近的一些数据也可以作为月球上有水的有力证据。这些数据来自于印度太空研究组织的月球初航1号探测器上搭载的美国宇航局的设备。

为什么月球南极几乎成了最热门的太空目的地?

  2008年10月22日,在萨迪什·达万航天中心的新闻发布会上展示的月球初航-1号模型。此前,印度成功将该探测器发射升空,它也因此成为印度首个月球探测器。

  摄影:DIBYANGSHU SARKAR/AFP/GETTY

  去年,这些数据公布于众,揭示了月球表面有裸露的水冰存在。水冰的分布和深度尚不十分明确,不过,在月球两极,水冰似乎是稀疏地散布在永久阴影区的地面或山壁上的。

  就南极而言,多数这类水冰都位于撞击坑的阴暗面上,那里的温度从未超过-157摄氏度。领衔这项研究的美国夏威夷大学的Shuai Li称,这些水冰很可能与地表的土壤混合着,并非我们可以在上面滑冰那种固态形式,而且,单是月球南极的水冰就可能有1万至1亿吨。

  Shuai Li说:“我们还不知道水冰沉积物有多深。我们需要巡游器或着陆器现场勘测,分析冰层的厚度、起源、年代,以及确切的储量。”

  给撞击坑排名

  当然,水是人类生命所需的必需品,而且,从宇航角度来看,从月球上提取水,比从地球上运水上去更简单、成本更低。因此,要想在月球上建立任何长久的基地,找到可靠的水源将是首要任务。

  另外,水可以用于制造火箭燃料。众所周知,水分子是由两个氢原子和一个氧原子组成。因此,使用特定的设备可以将氢原子与氧原子分离,恰好可以用于制造火箭燃料和助燃剂。

  不过,并非所有的南极目的地都生而平等,沙克尔顿撞击坑的水含量可能并非最大的。Shuai Li推测,斯维德鲁普、霍沃斯、舒梅克和福斯蒂尼等几座撞击坑所蕴藏的水冰可能最丰富。美国亚利桑那州立大学的Mark Robinson运用月球勘测轨道器的摄像机进行研究,也得出了相同的结论。

  最近,Mark Robinson及其同事们决定以潜在资源(包括水冰)的丰富度为依据,对月球南极的撞击坑进行排序。该团队研究了挥发物,即很容易转化成蒸汽或气体的混合物,并整理出了这类挥发物在南极的分布数据。他们根据尺寸大小和潜在资源,对多个撞击坑排序后,发现排在前列的分别是舒梅克撞击坑、霍沃斯撞击坑和福斯蒂尼撞击坑。

  Robinson说:“我们肯定要深入挖掘。沙克尔顿撞击坑肯定是进行勘探的好地方。但它本来就比舒梅克撞击坑要小,因此,后者可能拥有更多水冰。”

  永昼与永夜

  月球南极还有几个非常稀罕的地方,几乎永恒沐浴在日光之下。虽然最近的数据证实真正的“永恒光亮群峰”在月球两极并不存在,但是,月球南极广袤的盆地里,却存在着一些面积较小的山峰、撞击坑边缘,那里的阳光能存在大约200个月球日。

为什么月球南极几乎成了最热门的太空目的地?

  2018年7月,蓝色起源公司的“新谢泼德”号载人舱在进行未载人试飞之后,打开降落伞安全着陆。

  供图:BLUE ORIGIN

  美国宇航局约翰逊太空中心月球探索项目的首席科学家Sam Lawrence说:“这对于探索基地有很多积极影响,比如,可以营造良性的热环境,能借助太阳能系统来进行地表活动。总而言之,极地的环境,使得人类度过月球之夜变成了一个非常简单的工程问题。”

  还有一个很方便的地方在于,这些区域距离永久阴影区也不远,比如沙克尔顿撞击坑附近就有这样的区域。这意味着,想在月球上建立基地的人们,可以找到一个既有永昼又有永夜的地方。

  然而,想要利用现有资源,却有不少问题。

  开采月球合法吗?

  如果蓝色起源公司真的要在月球南极附近降落,那么,该公司就能够合法地开采月球的资源吗?是的。但是,它真的能够拥有月球资源吗?可能吧。

  1967年,由于太空竞赛造成的紧张局势,全球许多国家统一建立一套探索及利用太空的规则。美国、苏联等100多个国家如今已签署了《外太空条约》,约定所有国家都可以自由地探索和利用太空,但前提是必须以和平为目的。

  同时,该条约禁止任何国家“以利用或占有或其它任何方式”占用太空领土,意味着,月球(或者火星,或者任何地球以外的地方)上的任何一块地方,都永远不能被认为是主权领土。

  因此,蓝色起源公司可以把着陆器送到月球表面,甚至可以开始开采水冰。美国现行法律并不禁止该公司这么做。但是,至于蓝色起源公司能不能拥有它所开采的资源,法律法规就不怎么明晰了。

  “美国的观点一直是:无论是在月球地表之上或之下的‘不动产’私有产权,都是不允许存在的。然而,美国对上述条约的解读是:允许他们拥有开采后的自然资源。”太空法律专家、美国乔治敦大学法学院的Steve Mirmina解释说,“有时候人们会把《外太空条约》与《海洋法》作类比。没人能拥有公海,但是,如果你能从公海里捕捞,那么,你就可以拥有捞出来的鱼,你可以把鱼吃了,也可以卖了。”

  此外,2015年,美国通过了一项法律,允许普通公民拥有、售卖、转让任何他们从外太空或外天体上获取的无生命的资源,表面上为小行星开采建立了合法的经济机制,不过,开采小行星目前尚未实现。

  不过,并非所有人都认可美国的观点,尤其是因为《外太空条约》禁止国家对太空的占有。

  Mirmina提出辩驳观点:“缔约各方有义务把条约条款顺延到本国公民。因此,如果国家占有是被禁止的,意味着美国不能占有外太空,那么,美国怎么能允许其公民占有外太空呢?一个国家都不能做的事情,这国公民怎么能做呢?”

  换言之,这就是“自己所没有的就不能给予”原则,意思是,如果美国本身就被禁止拥有外太空,那么,该国就不能够赋予其公民拥有外太空的权利。

  另一位太空法律专家、美国密西西比大学的Michelle Hanlon认为,随着蓝色起源及其它机构正快马加鞭地实施人类重返月球计划,这类问题将使太空法律界备受折磨。

  她说:“我完全赞成探索与利用,而且,如果你是杰夫·贝索斯级别的,你为此投入了几十亿美元,那么,我认为你应该能去开采。但是,这需要接受一些管理,而这正是我们为之奋斗的。”

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