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人類再返月球:為什么月球南極幾乎成了最熱門的太空目的地?

天文航天|2019-5-14 12:35

來源:國家地理中文網|708人參與|0評論

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為什么月球南極幾乎成了最熱門的太空目的地?

  這張插圖展示的藍色起源公司的軌道飛行器:新格倫火箭。

  供圖:BLUE ORIGIN

  撰文:NADIA DRAKE

  5月9日,億萬富翁杰夫·貝索斯的私營宇航公司藍色起源宣布,將把“藍色月球”著陸器送往月球南極。在華盛頓特區舉辦的一場僅限于受邀者參加的發布會上,貝索斯宣布,該公司的目標是沙克爾頓撞擊坑(環形山)。這個撞擊坑寬約21千米,位于月球南極,富含水冰,周圍許多區域處在近乎永恒的太陽光照之下。

  此前,有傳言稱,藍色起源公司的月球著陸器要在4月26日發射升空,而當天,該公司發布了一則神神秘秘的推文,暗含了5月9日這個日期,還配上了歐內斯特·沙克爾頓1914年橫跨大西洋時所駕駛的“耐力號”航船照片。

為什么月球南極幾乎成了最熱門的太空目的地?

  不過,藍色起源公司已經悄悄地做了許多基礎工作。去年秋季至今,該公司一直在發廣告招聘月球著陸器設計人員,請求注冊商標“藍色月球”,并宣稱將與谷歌Lunar Xprize一起資助登月競賽。該公司甚至還把月球畫到了臂章上。

  2017年,藍色起源公司的業務發展與戰略主管向美國國會作證時說:“是時候讓美國重返月球了,這次還要待在上面。沙克爾頓撞擊坑及與之相似的地點,是在近地區域測試關鍵深空探索技術的理想地點?!?/p>

  這場發布會之后,藍色起源公司也成了眾多想在月球南極著陸的宇航機構和私營企業之一。那么,問題來了,這片區域有何特殊?這場競賽對未來可能實施的載人計劃有何意義?且看詳細分解。

  南極安樂窩

  首先,月球南極有太陽系內已知最大的撞擊坑之一:南極-艾特肯盆地。科學家很希望能更仔細地看一看這塊巨大的“暗斑”。

為什么月球南極幾乎成了最熱門的太空目的地?

  月球勘測軌道器拍攝的這張拼圖中,可以看出月球南極陰影里的撞擊坑黑暗深淵。

  供圖:NASA

  盡管這塊盆地非常古老,但它仍然深約13千米,寬約2575千米。它其中包含有許多個較?。ǖ勻幌嘍院艽螅┑淖不骺?,比如阿波羅撞擊坑、薛定諤撞擊坑、沙克爾頓撞擊坑,以及馮·卡門撞擊坑,也就是中國的嫦娥4號探測器著陸的地方。

  “我們對去往月球南極很感興趣。只是現在我們還沒有機會這么做而已?!痹慮蚩輩夤斕榔韉南钅靠蒲Ъ?、美國戈達德太空飛行中心的Noah Petro說道。

  除了近距離觀察這片巨大的盆地之外,對于幾家打算在月球上建立永久基地的機構和公司而言,月球南極擁有幾種關鍵的資源。其中最重要的是水冰,以及用以太陽能發電的陽光。

  美國宇航局總部的首席月球科學家Sarah Noble說:“最終,月球將為我們提供飛往火星或更遠地方的資源以及測試技術的試驗場,其中就包括建立一個可持續、可重復利用的建筑?!?/p>

  在月球表面找礦

  很長時間以來,科學家都懷疑月球上有水,這些水可能是早期的火山噴發或太陽系外天體撞擊帶來的。但直到最近,我們才開始確切知道月球上的水有多少,存在于哪些地方。

  2009年,月球撞擊坑觀測及遙感衛星(LCROSS)進入環月球極地軌道;之后,該衛星把用過的火箭助推器拋棄在了南極附近的卡比厄斯撞擊坑。這次撞擊使一些碎屑拋射到太空中,這顆衛星從碎屑中降落并進行研究,然后也撞向了月球。(Petro說:“我喜歡把這叫作硬著陸?!保?/p>

  LCROSS在濺起的月球物質中發現了水。美國布朗大學的Ariel Deutsch說,雖然LCROSS只能以這種方式研究僅僅一個區域,但這也可能是月球表面或表面附近存在水的最有力直接證據。

  Ariel Deutsch是研究行星表面冰分布的專家。他指出,最近的一些數據也可以作為月球上有水的有力證據。這些數據來自于印度太空研究組織的月球初航1號探測器上搭載的美國宇航局的設備。

為什么月球南極幾乎成了最熱門的太空目的地?

  2008年10月22日,在薩迪什·達萬航天中心的新聞發布會上展示的月球初航-1號模型。此前,印度成功將該探測器發射升空,它也因此成為印度首個月球探測器。

  攝影:DIBYANGSHU SARKAR/AFP/GETTY

  去年,這些數據公布于眾,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確,不過,在月球兩極,水冰似乎是稀疏地散布在永久陰影區的地面或山壁上的。

  就南極而言,多數這類水冰都位于撞擊坑的陰暗面上,那里的溫度從未超過-157攝氏度。領銜這項研究的美國夏威夷大學的Shuai Li稱,這些水冰很可能與地表的土壤混合著,并非我們可以在上面滑冰那種固態形式,而且,單是月球南極的水冰就可能有1萬至1億噸。

  Shuai Li說:“我們還不知道水冰沉積物有多深。我們需要巡游器或著陸器現場勘測,分析冰層的厚度、起源、年代,以及確切的儲量?!?/p>

  給撞擊坑排名

  當然,水是人類生命所需的必需品,而且,從宇航角度來看,從月球上提取水,比從地球上運水上去更簡單、成本更低。因此,要想在月球上建立任何長久的基地,找到可靠的水源將是首要任務。

  另外,水可以用于制造火箭燃料。眾所周知,水分子是由兩個氫原子和一個氧原子組成。因此,使用特定的設備可以將氫原子與氧原子分離,恰好可以用于制造火箭燃料和助燃劑。

  不過,并非所有的南極目的地都生而平等,沙克爾頓撞擊坑的水含量可能并非最大的。Shuai Li推測,斯維德魯普、霍沃斯、舒梅克和福斯蒂尼等幾座撞擊坑所蘊藏的水冰可能最豐富。美國亞利桑那州立大學的Mark Robinson運用月球勘測軌道器的攝像機進行研究,也得出了相同的結論。

  最近,Mark Robinson及其同事們決定以潛在資源(包括水冰)的豐富度為依據,對月球南極的撞擊坑進行排序。該團隊研究了揮發物,即很容易轉化成蒸汽或氣體的混合物,并整理出了這類揮發物在南極的分布數據。他們根據尺寸大小和潛在資源,對多個撞擊坑排序后,發現排在前列的分別是舒梅克撞擊坑、霍沃斯撞擊坑和福斯蒂尼撞擊坑。

  Robinson說:“我們肯定要深入挖掘。沙克爾頓撞擊坑肯定是進行勘探的好地方。但它本來就比舒梅克撞擊坑要小,因此,后者可能擁有更多水冰?!?/p>

  永晝與永夜

  月球南極還有幾個非常稀罕的地方,幾乎永恒沐浴在日光之下。雖然最近的數據證實真正的“永恒光亮群峰”在月球兩極并不存在,但是,月球南極廣袤的盆地里,卻存在著一些面積較小的山峰、撞擊坑邊緣,那里的陽光能存在大約200個月球日。

為什么月球南極幾乎成了最熱門的太空目的地?

  2018年7月,藍色起源公司的“新謝潑德”號載人艙在進行未載人試飛之后,打開降落傘安全著陸。

  供圖:BLUE ORIGIN

  美國宇航局約翰遜太空中心月球探索項目的首席科學家Sam Lawrence說:“這對于探索基地有很多積極影響,比如,可以營造良性的熱環境,能借助太陽能系統來進行地表活動。總而言之,極地的環境,使得人類度過月球之夜變成了一個非常簡單的工程問題?!?/p>

  還有一個很方便的地方在于,這些區域距離永久陰影區也不遠,比如沙克爾頓撞擊坑附近就有這樣的區域。這意味著,想在月球上建立基地的人們,可以找到一個既有永晝又有永夜的地方。

  然而,想要利用現有資源,卻有不少問題。

  開采月球合法嗎?

  如果藍色起源公司真的要在月球南極附近降落,那么,該公司就能夠合法地開采月球的資源嗎?是的。但是,它真的能夠擁有月球資源嗎?可能吧。

  1967年,由于太空競賽造成的緊張局勢,全球許多國家統一建立一套探索及利用太空的規則。美國、蘇聯等100多個國家如今已簽署了《外太空條約》,約定所有國家都可以自由地探索和利用太空,但前提是必須以和平為目的。

  同時,該條約禁止任何國家“以利用或占有或其它任何方式”占用太空領土,意味著,月球(或者火星,或者任何地球以外的地方)上的任何一塊地方,都永遠不能被認為是主權領土。

  因此,藍色起源公司可以把著陸器送到月球表面,甚至可以開始開采水冰。美國現行法律并不禁止該公司這么做。但是,至于藍色起源公司能不能擁有它所開采的資源,法律法規就不怎么明晰了。

  “美國的觀點一直是:無論是在月球地表之上或之下的‘不動產’私有產權,都是不允許存在的。然而,美國對上述條約的解讀是:允許他們擁有開采后的自然資源?!碧輾勺?、美國喬治敦大學法學院的Steve Mirmina解釋說,“有時候人們會把《外太空條約》與《海洋法》作類比。沒人能擁有公海,但是,如果你能從公海里捕撈,那么,你就可以擁有撈出來的魚,你可以把魚吃了,也可以賣了?!?/p>

  此外,2015年,美國通過了一項法律,允許普通公民擁有、售賣、轉讓任何他們從外太空或外天體上獲取的無生命的資源,表面上為小行星開采建立了合法的經濟機制,不過,開采小行星目前尚未實現。

  不過,并非所有人都認可美國的觀點,尤其是因為《外太空條約》禁止國家對太空的占有。

  Mirmina提出辯駁觀點:“締約各方有義務把條約條款順延到本國公民。因此,如果國家占有是被禁止的,意味著美國不能占有外太空,那么,美國怎么能允許其公民占有外太空呢?一個國家都不能做的事情,這國公民怎么能做呢?”

  換言之,這就是“自己所沒有的就不能給予”原則,意思是,如果美國本身就被禁止擁有外太空,那么,該國就不能夠賦予其公民擁有外太空的權利。

  另一位太空法律專家、美國密西西比大學的Michelle Hanlon認為,隨著藍色起源及其它機構正快馬加鞭地實施人類重返月球計劃,這類問題將使太空法律界備受折磨。

  她說:“我完全贊成探索與利用,而且,如果你是杰夫·貝索斯級別的,你為此投入了幾十億美元,那么,我認為你應該能去開采。但是,這需要接受一些管理,而這正是我們為之奮斗的?!?/p>

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