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嫦娥五号发射成功 开启地外天体采样返回之旅

2020 / 11 / 24环球科学
嫦娥五号发射瞬间
嫦娥五号发射瞬间

44年后的月球样本

在1969-1976年间,6次美国阿波罗探月任务和3次苏联月球号任务先后带回了大量月球土壤与月球岩石样本。(其中,阿波罗任务采集了382千克;月球号为301克。)这些被送往不同国家、不同学科领域实验室的月球样本,彻底改变了我们对月球的认识。

这9次任务带回的月球样本均采样自月球正面的月海,年龄基本在30亿到45亿年间。而其中最古老的样本,不仅帮助科学家提出大碰撞假说、重建了可能的月球起源过程,还为太阳系的演化提供了新的理论。将这些样品称作宝藏,可以说是一点也不为过。

“阿波罗”15号带回的样品15415,被称作“起源石”,它帮助科学家们提出了关于月球起源的重要理论。
“阿波罗”15号带回的样品15415,被称作“起源石”,它帮助科学家们提出了关于月球起源的重要理论。

不过,这些近半个世纪前的样本也存在局限性。最主要的两点在于:这些样本的形成时间几乎都早于30亿年前,因此用其重建月球的地质演化史显得有些片面;此外,取样地点的类型也较为单一,我们需要来自不同地区、类型不同的月岩来获取更多关于月球的信息。

而此次发射的嫦娥五号,恰好可以在很大程度上解决这些问题。其着陆器将在正面风暴洋北部,直径约70千米的吕姆克山(Mons Rümker)火山丘中降落。随后,着陆器将向月表下方打一个深达2米的钻,采集月球岩石样本;机械臂也会收集月表的土壤样本。这些样本的预期总质量约为2千克。

值得注意的是,虽然吕姆克山同样属于月球正面的月海地区,但与此前代表古老岩石信息的采样点相比,这里的喷发历史可能只有13亿年,是月球最年轻的月海玄武岩。如果后续对于嫦娥五号采回的样本的定年能够证实这一点,那么这些样本将填补目前月球样本的空白时间段,帮助构建更加全面的月球演化史。

如果这些样本的确源自不到20亿年前,月球火山活动的历史也将得到改写。先前的证据指出,月球的火山活动在最初的10亿年较为活跃;大约30亿年前,火山活动逐渐停歇。如果吕姆克山如预测般年轻,它将提出一个全新的问题:月球(及其他小型天体)的内部如何在形成数十亿年后,仍然保留有足够的热量用于喷发。

任务过程

从文昌发射中心升空后,嫦娥五号将经历3天的旅程,随后进入月球轨道。此后,着陆器与上升器将与环绕器和返回器分离,在吕姆克山实现软着陆,并开启为期14天的采样工作。

动画模拟来源:国家航天局
动画模拟来源:国家航天局

任务完成后,为了减轻负重,着陆器将留在月球上,而上升器将带着样本点火起飞,与在月球轨道上的环绕器对接,实现样本的转移。

此后,环绕器与上升器分离,启程返回地球。最终在大气层上空,环绕器与携带着月球样本的返回舱分离,后者将穿越大气层,在内蒙古四子王旗着陆。

而对于参与样本分析的科学家而言,嫦娥五号的返回将是任务的开端。据嫦娥五号任务副总设计师李春来介绍,大部分月球样本将存放在国家天文台。届时,对这些样本的分析将带来哪些关于月球的全新认知,值得我们期待。

嫦娥五号任务也意味着探月“绕落回”三部曲的最后一步得以实现。

2007年10月,嫦娥一号的成功发射标志着中国探月计划的开启。在绕月飞行期间,嫦娥一号获取了月球表面的三维影像,并对月球表面元素、月壤等信息进行了监测分析。2009年3月,嫦娥一号完成使命后,撞向月球表面预定地点。次年,嫦娥一号的备份卫星——嫦娥二号也顺利发射,并完成使命。

2013年,嫦娥三号携带着中国首辆月球车玉兔号发射升空、实现软着陆。此后,玉兔号开展了近3年的月球表面巡视工作。此次任务也标志着中国探月工程进入第二阶段。

2018年12月,嫦娥四号成功发射;2019年1月3日,嫦娥四号在月球南极艾特肯盆地的冯·卡门撞击坑软着陆,这也是人类飞行器首次在月球背面软着陆。此次任务已经为我们揭示了月幔物质组成,以及着陆区下方底层结构等重要信息。目前,嫦娥四号着陆器与玉兔二号月球车仍在工作中。