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2010年10月,作为中国探月工程二期的先导星--“嫦娥二号”即将发射升空,经过120小时的旅程后直飞月球,环月轨道从200公里降为100公里以内,它将为“嫦娥三号”实现月球软着陆进行部分关键技术试验,并对着陆区进行高精度成像,对载人登月意义十分重大。新浪网新闻中心与中国数字科技馆为您联合推出的嫦娥二号访谈节目,我们邀请到北京天文馆的馆长朱进博士跟我们聊聊月球与人类的意义,以下为节目实录。
主持人:网友朋友大家好。欢迎您来到新浪新闻与中国数字科技馆为您联合推出的嫦娥二号特别访谈节目。月球是与人类关系最为密切的一个星体,从远古至今,人类从来没有停止过对月球的向往和猜想。今天我们邀请北京天文馆的馆长朱进博士来跟我们聊聊月球与人类的意义。欢迎您,朱馆长。
朱进:您好。
卫星发射
主持人:我们知道嫦娥二号即将发射,嫦娥一号的发射也是在秋分的前后,07年9月25号。从月球星球的角度来讲,为什么选择这样的时间,有没有特别的地方?
朱进:这个是有些考虑的。一个是跟发射的地点有关系。另外,发射完了以后,如果没有用燃料进行控制的话,探测器离开地球以后,会在特定的轨道面上绕着地球运动,月球本身也是在自己的一个特定的轨道面上绕着地球运动的。如果从节省燃料的角度,最好是发射的时候,一定是直接就把探测器直接打到月球的轨道面,当然这中间从地球到月球,要经过几天的时间,在这段时间里面,月球轨道面会略微有一点变化。
发射时,地球是在自转的,所有的条件加起来以后,如果我们想用最经济的办法去把探测器打到月球轨道面上的话,一年里面,真正能够发射的时间是比较有限的,也就是两个时间。在这段时间里,选定了发射场以后,一天里面到底在哪段时间里面发射,也会相应就定了,这些都是限制条件。我们如果都从西昌发射的话,限定了我们每年只能在某个特定的范围内做这件事,每年的9、10月份的时候会有比较好的合适的机会。即使在这段时间里面,也是在特定的某一段时间里面,不是说每天24小时什么时间都可以的。
主持人:可不可以理解在9、10月份的时候,这时候月球旋转的轨道面和地球的轨道面形成了一个恰到好处的角度?
朱进:包括跟我们发射地点的关系都是要比较合适。
主持人:我们大概知道,月球和地球的关系有一个近地点和远地点?
朱进:月球绕着地球转并不是一圆的轨道,是一个椭圆的轨道。主要取决于绕地球平面的位置,在空间的取向。
主持人:有网友说,对月球这个星球充满了好奇,根据现在的探测结果来说,您简单介绍一下月球这个星球有哪些元素?或者说它的外貌,简单介绍一下?
朱进:从地球上观测的话,除了太阳以外,月球是最亮的天体了,特别是晚上没有太阳的话,能照亮。月球在大家的心目当中,像文学上的描述,是比较美好的。实际上如果你真的到月球上去的话,月球应该是一个没什么意思的星球。月球本身地质活动和各种各样的演化,在很早就已经停止了。我们目前的月球,在演化方面,是一个完全死寂的星球,它已经完全死了。你可以想象,它是45亿年前就已经有了,已经产生了。但是在特别早以前,30几年前,就是现在这个样子了,没有变化。不像地球本身,我们地球上有海水,火山爆发各种各样地质的演化,还会改变。月球是一个完全死寂的星球。当然它本身还是有一些元素,这是现在已经知道的。人类已经登上过月球,也从月球上采回来月球表面土壤的样本,二氧化硅是量比较多,还有氧化镁类似这样的,还会有一些元素在上面。现在说的比较多比较感兴趣的是所谓的氦3,这是现在被说的多的。
主持人:也是大家热议的一个话题,一个是月球上氦3的存储量,还有一个它将来怎么被地球上的人类所应用。
朱进:地球上人就想着解决能源问题,氦3是挺有意思的事。
主持人:我们对月球的探索,除了氦3这样的资源需求,对月球的探索还有什么其他的意义吗?
朱进:实际上上个世纪60、70年代,美国和苏联争夺登月,更多的是政治上的考虑。当然,现在情况当然就不一样了,现在有能源的问题,而且月球并不是离地球最近的天体,在有些情况下,一些小行星会在我们之间穿过去,但是相对来说,它比较稳定,个有比较大。作为行星系探索的第一步来讲,月球是比较好的中转。各个国家从各自的角度出发,进行了月球的探索,这里面会有一些科学方面的考虑。肯定它和整个人类以后的资源会有关系。
另外,有些国家进行探月,也会有一些出于军事方面的考虑,作为月球基地,大家都在谈。作为中国来讲,由于我们传统文化的背景,它不是一个特别的非要跟别人争什么的。这跟中国本身的农业的特点都很有关系。中国的探月,包括目前本身也比别人晚了好几十年。现在目前的探月,一方面是有科学上的考虑,另外一方面,还只是初期的一些摸索。
主持人:有一种说法,对月球形成的探索,可以验证地球的历史形成?有这样的说法吗?有助于对地球本身的研究?
朱进:有一方面是有关系的。通过我们对月球的这种表面的环形山,对于它们的研究,这个环形山,随便拿一个小的望远镜,你会发现月球表面是密密麻麻的环形山。这些环形山,绝大部分全都是被砸出来的,都是被小天体砸出来的。地球跟月球那么近,在天文上38万公里是非常近的距离。实际上地球一定也是要遭到这些晶体天体的撞击的。而且我们被砸的概率和月球是一样的。
因为地球本身的演化,包括地球本身有大气,所以在地面上要找这种撞击的痕迹是比较困难的,时间长了以后,有些已经风化,或者是其他的原因已经不再了。但是通过对地球的研究,我们可以知道,我们绕着地球运动的环境是什么环境,我们平均多长时间会遭受多大个的小天体的撞击,这些东西可以通过对月球本身的研究得到。
像起源方面,对地球本身会有什么借鉴。因为像月球的起源,早期有不同的说法,包括有人猜会不会是从地球上分离出去的,或者是地球从其他地方俘获来的。现在比较公认的,通过我们对月球本身的研究,现在比较公认的说法,月球形成的早期,特别早期,太阳系刚刚形成几千万年的时候,大概有现在火星这么大小的,很大的一个行星跟地球发生相撞,当然地球也撞出一部分,本身这个天体也有一部分。这个尘埃在地球附近弥漫,慢慢再形成现在的月球。这是现在月球形成的比较公认的观点。
主持人:相对公认的撞击的学说?
朱进:由于撞击以后,地球的一小部分和本身一部分,变成这个月球。
主持人:虽然我们国家在月球方面的探索相对前苏联有很大的时间上的差距。我想在天文方面,对月球的探索一直都是在进行当中的。大家非常好奇,我们通过望远镜,通过在地球上天文观测月球,观测到的科学成果和近距离探月会有什么样的区别?获得的东西有什么区别?
朱进:天文学研究是大气层以外的,所有的东西都是天文的研究范围。实际上宇宙本身是非常巨大的一个范围,时间上是137亿年到现在,空间上是几百亿光年的距离。月亮到我们的距离,38万公里,拿光速走,大概1秒多一点。相对来讲,月亮本身在专业天文学的研究里面,可以说是一个不太被大家重视的。我刚才说了它很少有演化了,这个东西已经死了。所以月球本身在天文专业研究上并不是很好玩的。你可以想象,除了月球以外,离我们那么远的地方,那么好玩的东西,那么大的空间,那么复杂的情况,月球本身和地球状态差不多。天文上这实际上是没什么意思的。比这个恒星星系还要有意思,天文有很多比这个多得多有意思的东西。作为天文观测来讲,月球对天文学家来讲,大多数情况下,其实是一种干扰。我们真正想探测的那些东西,往往是那些离我们很远,相对来讲非常暗的东西。月亮很亮,对老百姓是很好的,月亮一照就亮了,以前连电都没有的时候很重要。对天文学家来讲,他们需要是一个特别黑的环境。所以月亮对我们,很多情况下是一种干扰。真正天文观测上,什么样的天最好,无月夜是最好的,十五的时候,大月亮肯定是最不好的时间。天文学家,月亮对真正天文严格上讲,不方便的时候更多。
当然有一些从爱好者的角度,多数人肯定不喜欢月亮,这是肯定的。但是本身有些爱好者,观测月球表面,会有一种叫做光学的展现。就是月面顺便现象。月球表面,通过以前的特别是早期的时候,一些观测就觉得有些情况下,月球表面看上去有一些变化,当然这是很有意思的事情。据我知道,国内的爱好者很少有人做观测的,以前厦门的陈老师做过一些月球顺便现象的观测。
主持人:这个是观测什么内容呢?
朱进:这个就需要你拿肉眼去看月亮的表面。有人报告会有一些特殊的现象出来,会有一些变化出来,平常你看会发现它永远是不变的。现在还有一个比较有意思的,爱好者也在做的,我们想做一直没做,国外有爱好者在做。就是流星体撞击月面。我们在地球表面的时候,现在晚上只要天晴任何时候都会看到一些流星。在月亮上没有大气,没有流星,但是这个流星体会直接砸上月球表面,砸上去以后,能够产生我们在地面上也能观测到的闪光,这也是比较有意思的。通过流星体撞击闪光也可以研究,流星体群的分布这些东西。这几年美国宇航局现在开始专业做这件事,早期从1999年狮子座流星雨之后,爱好者确实发现流星体撞击产生闪光,我们能观测到。观测本身是有一些有意思的事。但是现在国内做的人几乎没有。
主持人:听起来从天文上观测,探索月球的话是更美一些,更有趣一些。
朱进:如果从地球表面的月球观测来讲,基本上月球肯定是一个大家放在最后的目标了。但是从我们直接的跟航天相关的这种空间探测,比如说派飞船过去,月球是一个相对来讲,比较容易真去的。这样的话它给了我们一个机会,我们真正去接触我们的研究对象,甚至可以把研究对象带回地球来研究。当然从这个角度来讲,月球的这种研究是极其重要的。我们绝大多数的观测对象都是看不见摸不着的。我们只能通过观测观测它,不能真的接触它或者是改变它,除非有陨石掉到地面上,这是可以的。除此以外,月球就是非常重要的东西了。通过人类的登陆月球,或者是探测器到月球上去。我们可以真正了解到我们的研究对象,对它的研究,有助于我们研究太阳系的起源,太阳系的演化,这都会对我们有很大的帮助。人类直接登月的这种研究。它是跟传统的天文学研究方法不太一样的一个方面。
主持人:可不可以这样理解,我们的航天技术可以将天文观测的一些星体变成看得见,不仅仅是观测而能够摸得到了?
朱进:这只是非常有限的。我们人类的能力,到目前为止最远就是离地球40万公里,这是很远的。再往后有朝一日到某个行星,火星这样的,这是非常小的。按我们目前的科技水平来看,人类是不可能离开太阳系的,我们只能在太阳附近的几个行星上,还是可以去的。你晚上眼睛看到的星星们,只有几颗是行星,绝大多数是恒星。任何一颗恒星都是绝对不可能去的。绝对不可能有能力到的地方。
主持人:我们在天文方面也对月球表面上有所观测和研究,包括表面的环形山和没有水的海。我们知道嫦娥二号这次到月球有一个很重要的目的,为了嫦娥三号的着陆点做选择。单纯从月球这个星球来讲,它的表面上什么样的地方更适合月球车或者是人类?
朱进:这个不是我特别专业的方面了,这要找专业做地质方面的人来解释。反正我自己知道,月球表面有比较厚的一层月壤,本身它也有一些结构,多数情况下,现在嫦娥一号和嫦娥二号的探测会得到月球表面高精度的图像了,总得来讲要选一个平一点的地方,别的要考虑的不是特别多。当然你要考虑,你上去以后,本身你要做什么,跟这个事有关。单就着陆点本身,大概不会是一个太难的问题,肯定能选择的地方是很多很多的。
主持人:现在有研究说,月球正在以每年3厘米的速度在远离地球,也有说法说10亿年前,它和地球的距离只有现在的一半长。现在是38万公里,在10亿年前,月球和地球的距离只有19万公里。
朱进:月球离地球越来越远,是现在观测到的,也是比较容易解释的。我们有一种潮汐锁钉,两个天体在自己自转的同时又互相绕转的过程当中,由于潮汐的影响,这两个天体最后的自转和公转都趋向一致。如果时间足够长的话,地月系经过这么长时间以后,月亮自转和公转已经一样了,月亮永远是同一面朝着我们。你去观测月亮,永远是这样的,如果想象月亮的表面是一个小兔子的话,你会发现那个小兔子老是朝着我们的,一个月绕我们转一圈,同样自己也是转一圈。地球不是,现在自转的速度要比一个月快得多,一天就要转一圈,由于月球的潮汐对地球的影响,会使得地球的自转也要减慢,假如说时间足够长,这个时间长要比地球的寿命时间还要长了。如果时间足够长的话,最终地球的自转速度也会变成一个月一圈,或者说以后的一个月跟一天会是一样的。当然这个是特别长的过程。
由于这种影响使得地球自己越转越慢,地球的角动量就会减小。地月系统有一个角动量守恒,这种减小的角动量会传到月球上,使得月球会比现在公转加快,这是一个长期的趋势。这个影响会使得月亮跟我们越来越远了,实际上是这么一个关系。这个越来越远,通过我们的激光测月,由于人类登月以后,在月球表面放了一些光反射器,通过地面的发射激光打到反射器上反射回来,我们可以特别精确的测定月亮离我们的距离,可以精度到毫米,现在确实知道,它每年有3—4厘米的远离我们,这是知道的。比如说10亿年前是多少,这个速度是不是一直匀速的,这个我不知道,肯定是以前是要比现在近得多。
主持人:月球还是有很多的待解之迷,等待人们去探索。
朱进:是的。现在看你怎么说,如果在纯天文学的角度来看,肯定月球本身好玩的事要少得多,这是没问题的。但是我们有可能能登上去,近距离的观测,一定会发现很多有意思的事,你没想到的事。所有我们的科学和我们的认识永远都是这样,当你真正你的观测能力或者是你其它方面能力有所提高,会发现更多新的东西、你不知道的东西。
对月球来讲,以前一直大家非常感兴趣是关于月球上面有没有水,这件事在最近这几年现在基本上已经可以拍死了,月球表面肯定是有水的。当然比如说这个水到底有多少,这是一个问题,大家感兴趣的。包括前面提到氦3等其它元素到底含量是多少,这一点可能是有意思的。
主持人:就是当前对月球探求的一个努力方向。
朱进:还有人比如考虑月球有没有生命,这很可能基本上是肯定否定的,不可能有生命,这个问题都不会是个问题。所以,对月球来讲,虽然它还会有一些所谓的未解之谜什么的,这是肯定没问题,但是相对来讲里面可能没有什么,跟其它天文领域的问题相比肯定没有什么好讨论的。
主持人:其实月球上水的存在方式也是一个有待去考证的?
朱进:一定会是以固体的形式存在,这是没问题的,我们所谓的水冰。因为月球表面我们知道它没有大气,肯定是有水很快就会挥发了,很快就没有了,如果是液体的水是没有的。现在知道的水,一个是会不会在它表面以下内部有水。另外,现在在月球的南极,由于月球自转轴和公转的轴夹角特别小,所以月球南极有些地方是永远都照不到太阳,可能是在一二十亿年,太阳永远都照不到那儿去。如果那儿有一个比较深的陨石坑,那里面如果有冰,那么它就有可能一直会保留下来。而这种你可以想象,月亮你看被砸出来这么多坑,这些坑有些是恒心砸的,有些是彗星砸的,彗星主要的核就是冰。这种情况下,不管月球表面以前自己有没有水,由于彗星的撞击一定会给它带来水,这个水留到月球上以后,如果它能够有一种机制使得它不完全挥发,那么它就会留下来,一直留到现在。所以,实际上你可以想象,它一定会有水的,但关键是它到底有多少,这是需要比较仔细的去研究。
主持人:我有一个问题,月球上有水对人类有什么意义呢?
朱进:那就很重要了,以后如果真的要在月球上建基地,因为人类在太空之间的迁移,月球肯定是一个比较合适的基地,从各种天文观测的角度,在那儿建一个天文望远镜,如果真的地球有朝一日呆不下去,我们要离开地球的时候,月球肯定也是不行的,因为月球本身肯定不是一个合适的地方,因为它离我们太近了,那可能就会考虑去火星。
主持人:月球可以成为一个很好的中转站。
朱进:对,第一步的时候,比如是我们的一个天文观测基地,以前有的国家设想过在月球建一个军事基地,当然这个事肯定很麻烦。如果在月球上建一个军事基地,对地球肯定是一个最大的威胁,这事就砸了。像这些东西,只要有人类想在月球上生活,肯定水很重要,因为人是需要水的。不远万里从地球上搬水过去,成本就太大了。所以,如果月球上本身有水,肯定对人类在月球上的生存意义是极其重要的。包括有水还可以通过水来合成生成氧气,我们离开水,离开氧气全都活不了了。
主持人:在这次节目开始之前,数字科技馆的会员也向我们发来了一些问题,其中一个会员问的问题是,我们知道潮汐是因为太阳跟月亮的引力而产生的,能不能介绍一下潮汐的几个情况呢?
朱进:因为这其实是相互的,对地球来讲,由于月球和太阳的引力,在地球表面产生潮汐,当然地球和太阳的引力也会对月球产生潮汐,这种潮汐广义的说不仅仅是我们说的海洋上液体的水,实际上固体也会受到潮汐的作用,也会有这种变化。所以,道理都是一样的。举例子来说地球上的海水受到月球引力产生潮汐。什么意思呢?我们假设地球表面均匀的覆盖了一层海水,我们知道引力是跟距离的平方成反比的,离引力体越近受到的引力越大,所以作为地球来讲,离月亮近的那个地方海水受到月球的引力会比离月亮最远的那一端的海水受到的引力要大,这个引力的差异就使得当我在地球上看这层海水的时候,相当于这个海水受到了一个拉力,等于是靠近月球那半是向上拉的,远离月球那一半是向另外一个方向拉的,这样就会使得海水沿着月球所在的方向,就不是一个球状的分布,会变成一个椭球形的分布,会被拉扁,这就是潮汐。其实包括太阳也是,太阳也会对海水产生拉力,但是这两个拉力,因为太阳的距离远得多得多,太阳离我们1.5亿公里,虽然太阳的质量比月球要大得多,但是因为它远得更多,我们地球上的海水首先受到最大的影响是月球引力的影响,其次才是太阳引力的影响。这个影响也会使得我刚才所说的潮汐都跟这个有关系,由于海水的表面已经不是一个球形,是有点像椭球形,这个椭球形当自转偏离这根线的时候,同样会有一个引力差,一个劲是让它往回拉,把它拉回到这个方向上,远处的拉其实是让它远离这个方向。但是由于远处的引力小,近处的引力大,感觉上就有一个力使它往回拽。
主持人:是力和力的作用。
朱进:由于引力的特点,离它近的地方引力大,由于这种特点使得离它距离不同的地方会产生出引力的差异,才变成这样。
主持人:您说月球有一面是我们永远都看不到的,至少在地球表面上是看不到的,因为这样观测不到,对于我们航天探月有没有什么影响呢?
朱进:这个没有影响,因为探月本身反正就是发个飞船过去,发射的时候跟那些其实都没有关系,它真正过去以后,一般像嫦娥一、嫦娥二,在接近月球,它开始是在地球的引力作用下过去,当它离月球很近的时候,会走到月球的引力范围,最后主要是在月球的引力作用下绕着月球运动,这会儿它肯定会飞到背着的那一面。探测器不管是什么样的轨道,这个轨道肯定有一部分是远离我们,一部分是在这边,它能过去就知道另外一面是什么样。不管是什么样,探测器本身是没有什么影响的,在这个问题上主要还是引力的影响。
主持人:好,非常感谢朱馆长为我们介绍了这么多关于月球的知识,关于中国探月工程的再度出征,感谢您关注新浪新闻越近越精彩。
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