[太空探索]到月亮的背面看一看

全民科学素质行动科学教育专栏

新的月球观正在形成

以前我们认为，月球是彻底无水的，是一个完全干燥的天体，但现在我们认为月球可能是潮湿的。特别是在月球南北极的深坑里，太阳永远照不到的地区（我们称之为永久阴影区），这样的地方可能会有水冰，并且科学家已经探测到了大量的证据。以前我们认为月球已经完全冷却了，但是现在我们又发现月球内部可能仍然有一些温热的地方。以前我们认为月球在30亿年前已经僵死了，但是现在我们发现了月球上最年轻的岩浆活动，这表明它没有死得那么早。

嫦娥一号卫星上装载有微波探测仪，它可以通过微波波段观察月亮。因为微波的波长比我们看到的可见光的波长要长得多，所以，我们可以认识到月球更深层的一些东西的性质。这也是全人类第1次从微波波段看月亮。通过分析微波探测仪采集到的数据，我们得到了第1幅全月球的微波图像。嫦娥二号上的微波探测仪的分辨率更高，所以我们可以更清楚地看到月球上的热分布情况。

从图1中可以看出，白天的时候，月球有些地方会特别热，就是那些暖色调的地方；晚上的时候，有些地方会特别冷，就是那些冷色调的地方。我们在月球上发现了很多的热区和冷点，然后研究分析其中的原因。为了解决这个问题，我们需要借助其他数据分析。

图1　嫦娥二号全月球微波图像

比如，我们用到了氧化亚铁和二氧化钛这些金属元素含量的分布数据，佐证那些热的地方实际上是白天吸热能力比较强的地方，也就是钛铁矿含量比较高的地方；那些晚上比较冷的地方，实际上是石块含量比较高的地方。你如果去过沙漠或沙滩，那么多半会有一个感觉：白天太阳晒得特别烫的石头，晚上冷的往往也是它。根据这些，我们可以研究月球表面土壤的厚度，以及土壤的一些性质。

神秘的月球背面

月亮背面到底是什么样子的？月亮的背面跟它的正面真的不一样，主要体现在三个方面：第一，月亮背面的月壳更厚一点；第二，它更古老一点，撞击坑会更多一点；第三，它的月海更少，整个月球上有22个月海，其中19个在月球正面，月球背面只有3个月海。什么原因造成了月球正面和背面的差异？这也是科学家一直希望探究的问题。

图2　月球正面和背面

图2右下角的这个圆圈所指之处，是整个太阳系里面最大、最深的盆地，叫艾特肯盆地。嫦娥四号就着陆在这个盆地里的冯·卡门撞击坑，此前这个地方是没有航天器着陆过的。最神奇的是，这个地方虽然最大、最深，却没有岩浆冒出来，所以科学家希望研究它为什么是这样子的。为了让大家能够了解更多关于月球的知识，对月球产生更大的兴趣，我制作了一幅《月球全图》（见图3），希望大家可以通过这幅图学习有关认识。

图3　月球全图

科学家不仅要探索未知，更要传播真知。中国科学院国家天文台在贵州省建设了全世界最大的射电望远镜“中国天眼”，也是从微波波段探测宇宙的。在地球上探测宇宙，会受到地球上很多“噪声”的干扰，所以，这个望远镜听到的绝大部分“声音”，其实是“噪声”，我们需要从“噪声”里面分辨出、探测到来自宇宙的“声音”。如果是在月球背面的话，这些担忧完全不足为虑，因为地球上的无线电噪声无法到达月球背面，所以月球背面是一个无线电的宁静区。如果在那个地方架设射电望远镜的话，我们就可以听到宇宙呼吸的“声音”，获取到宇宙更暗弱的信号。

人类走向深空的跳板

进入新世纪以来，人们对月球的认知跟上世纪七八十年代相比，已经发生了很大的变化。以前它被当作太空争霸的一个制高点，现在它是人类走向深空的一个中转站和跳板。重返月球现在已经成为世界各国的共识。

第一，欧洲空间局提出了建设月球村的计划，希望借助世界各国的努力，在月球上建设一个国际化的村落，一个共同的月球基地。美国宇航局认为，以月球作为演练场，演练人类在月球上的生活，下一步就可以从月球出发去往火星。

第二，就不得不说SpaceX了，马斯克把月球的旅游船票都卖出去了。很快，中国的嫦娥五号将从月球上采集样品并回到地球。下一步，我们将进入载人登月和建设月球基地的阶段。

同时，世界各国也在寻找月球基地应该建在什么地方。因为月球上的1个昼夜正好是27天，就是有13天半是白天，13天半是晚上。晚上的时候，月球上没有电力，没有保暖，对人类的居住是非常不利的。科学家已经选择了几十个月球基地的选址场所。如果在月球的南北极的高山顶上建设月球基地，那就不用再担忧了，因为那个地方是永久有光照的，这样人类在月球上就不用经受漫漫长夜了。

月球之春已来到

2019年1月15日，嫦娥四号生物科普实验载荷项目团队发布消息称，搭载的棉花种子在荒芜的月球上长出了第1片嫩芽。在这个寒冷的冬天，在地球上收到月球之春的消息，让人倍感温暖。

月球上的环境对生命是很严酷的。不仅昼夜温差大，而且被阳光照到的一面和背阴的一面温差也很大，甚至可以达到两三百摄氏度。因为罐子中没有空调，所以只能通过冷热片传导热量进行温度调节，将罐子里的温度控制在二三十摄氏度的室温下，“蒙骗”植物，让它们以为春天来了，然后开始萌芽。除了温度之外，阳光也是植物生长所必需的。罐子里没有灯，用的是月球上天然的太阳光，密封的罐子是铝合金制成的，通过在罐子顶部开口，利用光管技术，把阳光引入到罐子中。同时，这也对罐子的密封性提出了挑战。水是生命之源。科普载荷携带了18毫升水，当嫦娥四号在月球表面着陆之后，通过水泵将水浇到植物种子上，促使植物发芽。

嫦娥四号搭载的科普载荷实际上是一个密闭的生物系统，里面有土豆、拟南芥、油菜和棉花4种植物，它们吸收阳光、水、二氧化碳，产生氧气，合成有机物；昆虫果蝇担任消费者的角色，负责吃掉植物；分解者角色是酵母，它分解有机物，释放出一定量的二氧化碳供植物呼吸。生产者、消费者和分解者，如果相互匹配得比较好的话，是可以在密闭状态下实现自我循环的。

协调生产者、消费者和分解者三者的效率，在密闭生态系统中实现物质循环，为人类提供充足的食物来源和稳定的氧气供应，是一项十分必要的基础性工作。因为对载人深空探测来说，在从地球出发的漫长旅途中，以及在其他星球上拓荒的过程中，航天员所需的物资不可能都从地球上运过去，那样的代价太昂贵了。所以，原位资源利用将成为一项基础性的技术，利用其他星球上的资源生产氧气、水、食物等生命必需物资，同时生产火箭燃料和发射平台、基座等建筑材料。

2019年是阿波罗登月50周年。50年过去了，再也没有人登陆过月球。但我想，我们离重返月球这个目标已经不远了。人类再一次重返月球之后，下一步将在月球上建设科研站，建设月球基地，实践和训练人类在月球上长期生活的技术。如果这个技术得到突破，下一步我们将会登陆到火星上，因为那是跟地球环境最为相似的行星，也是太阳系里唯一有可能实现大规模移居的星球。

郑永春

博士，中国科学院国家天文台研究员，中国科普作家协会副理事长，青年科学家社会责任联盟理事长，“科普中国”形象大使。