探月任务越来越多,会对宝贵的月冰造成污染吗?

 新闻资讯     |      2021-03-17 18:31

  NASA的VIPER月球漫游车将配备一根1米长的钻头,可以钻入月壤中采集样本。

  新浪科技讯 北京时间2月10日消息,据国外媒体报道,随着中国登月取样任务取得圆满成功,新一轮“月球热”也随之拉开帷幕。在接下来三年内,俄罗斯、印度、中国、日本和美国等国家已有至少八艘航天器计划登陆月球表面。

  有几项即将开展的任务将在月球极地进行探索,这在历史上还是头一次。极地是月球上最有趣、但也最敏感的区域之一。科学家十分期待对这些区域陨石坑中的水冰展开研究。但他们也担心,随着前往月球的航天器越来越多,也许会对这些冰造成污染。

  这些冰对科学家非常重要。有些人想通过分析月冰样本,弄清地球和月球上的水数十亿年前是如何、以及何时开始积聚的。有些人则想开采月冰,将其作为未来月球基地发射火箭的燃料。

  如今,这些探索者们面临着一个艰难的抉择。他们究竟是该立即开挖,弄清如何开采月冰和将其转化为燃料?还是应当缓慢推进、小心保护冰中封存的科学记录呢?“有些科学家提出,我们现在根本就不该靠近这些冰,否则肯定会毁了它们。”美国圣母大学地质科学家克莱夫·尼尔指出,“其他人则认为,既然我们需要它们,不如放手一搏。”

  这些争执必须尽快解决。NASA正在计划在月球南极开展一系列科考项目,首先将在2022年发射一台机器人着陆器,过几年还会将宇航员送上月球,实现人类自1972年以来的首次登月。

  美国国家科学、工程与医学院(NASEM)近日发表的一篇报告指出,为有效开展探索,宇航局需要确定探索月球极地任务各项目的的优先级。国际空间研究委员会(COSPAR)也在评估当前情况,并将在接下来几个月间决定是否要针对月球航天器发布新的指导方针。NASA目前还在等待国际空间委员会的决定。届时,NASA可能也会更新自家规定,确保以更负责任的态度开展探月任务。

  NASA行星保护官员丽莎·普拉特指出,随着月球探索任务不断增加,“我们有义务不去妨碍未来的科学考察。”但问题在于,“我们究竟怎样做才对呢?”

  任务冲突

  到目前为止,还没有航天器直接考察过月球极地和此处潜藏的冰。唯一靠近过月球极地的是印度的“维克拉姆号”着陆器。2019年,该着陆器登月失败,在距月球南极约600公里处坠毁。去年12月,中国嫦娥五号成功在月球中纬度地区完成了月岩采样。而它的继任者嫦娥六号计划于2023年登月,采集月冰和月岩样本并带回地球。此外,日本和印度也在计划派遣机器人前往月球南极开展考察。

  NASA也不甘落后。美国总统特朗普在任期间,NASA筹备了一系列以极地为重点的探月任务。根据当前计划,NASA将于2022年向月球南极发射两台机器人着陆器,还将在2023年发射一台名叫VIPER的大型漫游车,用一根一米长的钻头钻入月壤、开采月冰。接下来,宇航员最早将于2024年登上月球,对含冰陨石坑展开探索。NASA上个月发表的一篇报告中提到,其考察目标可能会包括采集月冰,并将样本以冰冻状态带回地球实验室进行研究。

  五十年前、阿波罗号的宇航员们首次踏上月球表面时,没人能想到这些探索任务可能会对月球上的冰造成污染。毕竟,当时的研究人员还以为月球是颗极度干燥的星球。一直到近十年左右,人们才意识到月球上许多地方都有水的存在,包括极地区域陨石坑中的水冰。科学家甚至还在不止一处有阳光照射的地点发现了包含在矿物中的水。

  这些水可能是由富含水分的小行星或彗星、或者太阳风带至月球的。其中有些也许来自月球内部,发生火山喷发时被带到了表面。但无论来源如何,月球上的水都能为我们提供极其关键的科学信息。

  月球极地陨石坑中的冰也许已经积攒了数十亿年之久。若真是如此,那么这些冰不仅记录了月球的、也记录了地球的早期历史。月球可能是在45亿年前某个巨大天体撞上地球时飞出的碎片形成的,因此二者历史有着紧密的关联。在地球上,板块迁移等地质活动已经抹除了早期留下的大部分痕迹。但月球上并没有这些地质活动,因此是个绝佳的研究对象。

  NASA艾姆斯研究中心行星科学家爱丽尔·多伊奇表示:“月球上水的历史提供了许多关于太阳系演变过程的线索。”

  污染月球

  考虑到月球上冰的重要性,许多研究人员对开展探索慎之又慎。其中,有些人尤其关注火箭排气污染月冰的可能性。

  图为冰在月球各处的分布情况。

  去年,约翰霍普金斯大学应用物理实验室的行星科学家帕瓦西·普雷姆与同事们模拟了一台中等大小的着陆器抵达月球南纬70°后可能发生的情况,这一地点距月球南极结冰的陨石坑仅有几百公里。模拟结果显示,尽管火箭排放出的水并不多,但这些水一旦释出,便会散布到整个月球表面,且短时间内无法消除。即使过了两个月球日(相当于地球上的两个月),火箭排出的水仍有30%至40%会残留在月球上,大部分都会在北半球凝结成冰。“最大的问题是,水蒸气可以飘散到任何地方。”所以月球极地已经被之前的探索任务污染了。

  在2020年的一项调查中,国际空间研究委员会询问了数百名行星科学家对于月球探索任务干扰极地科学环境的担心程度。超过70%的人表示,他们最担心这些任务造成的污染可能会破坏月冰中保存的科学记录。

  包括普雷姆和多伊奇在内的19名科学家联合向NASA提交了一份白皮书,建议在月球南极或北极陨石坑先开展一次所谓的“起源项目”,在探测器接踵而至之前,先采集一些较为纯净、未受污染的样本,来帮助科学家了解这些冰在月球上的积累过程。通过这类任务,科学家将会了解到月冰中留存的科学记录是多么宝贵,也可以借此判定月冰开采活动是否应推迟进行。

  NASA目前并没有拨给该任务的资金,并且仍计划向月球极地派去多枚探测器。但NASA也在聆听科学家的意见。正如普拉特指出:“我们需要在资源利用与科学探索之间找到一个平衡点。”

  与此同时,假如国际空间研究委员会发布了新的探月指导方针,NASA与其它国家的航天局可能也会这么做。该委员会目前的指导方针要求各国列出探月任务中携带的全部有机物质,如碳化合物、涂料、粘合剂等等。这可以在一定程度上减轻科学家对污染月球的担忧,因为有了这样一份清单,科学家便可得知哪些人造材料进入了月球环境。在更新后的指导方针中,可能还会要求各国航天局列出火箭或宇航员生命支持系统排放的各类气体。中国航天局、以及商业公司SpaceX等相关方目前已经在与国际空间研究委员会探讨这些问题。

  最终决策

  不过,随着相关讨论持续进行,部分科学家不必对污染问题感到太过担忧。尼尔等人指出,火箭排出的水蒸气只会在月球表面结成一层极薄的冰,因此不费太多力气就能挖到下层的原始月冰。美国国家科学、工程与医学院近期发表的报告中也指出,月表下方埋藏的冰受污染的风险并不大。并且行星科学家凯文·加农认为,与月冰受到的污染相比,弄清冰在月球上的分布地点和规律要重要得多。

  还有科学家提出了一些保护月冰的建议。有人提出,可以将月球两极中的一极保留下来、供科研之用,另一极则开放给资源开采与探索。还有人建议,在部分结冰的陨石坑中划出一块保留区。月球上陨石坑数量众多,有些比人的手掌还要小,有些直径则达10公里,况且我们没必要对每一个陨石坑都开展考察。

  “我们必须确保从长远角度看待问题,”普雷姆指出,“谁知道未来的科学家有什么打算呢?”(叶子)