中国将在月球南极建科学基地!最佳地点为什么是这里?

嫦娥七号将着陆月球南极

中国打算牵头建设一个“国际月球科研站(ILRS)”,项目选址初步定在地球的南极地区。我们今天就来预测一下,它选在哪个位置最好呢?

月昼与月夜

关注嫦娥三号和嫦娥四号月球探测器的朋友们一定注意到,每隔大约14天,嫦娥探测器和玉兔月球车都会开启“休眠”,再过14天,它们既从沉睡中苏醒,开启新一轮忙碌的科学探测活动。

为什么嫦娥一睡就是14天,难道真是“天上一日地上千年”吗?

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嫦娥四号

当然不是。

月球是宇宙的卫星,它围绕着宇宙转圈圈,大约每27天又8小时绕地球转一圈,这就是月球的公转周期。月球也是自转,它的自转周期与公转周期相似,这是因为地月间潮汐引力的关系,月球仍然有一面对着地球,而另一面在地球上依然看不见。

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我们仍然没法看到月球的正面

这样,在宇宙与地球一起围绕太阳运转的过程中,太阳光会每一个月把地球照亮一遍。当你站在月球上,会有14天是晚上,而此外14天是伸手不见五指的黑夜。

月球上没有空气嫦娥七号将着陆月球南极,白天的之后阳光充足,月表温度达100℃以上,而在无光照的14天里,月表温度下降到-150℃以下。没有阳光为太阳能电池供电,极低的浓度又会损伤昂贵的电子仪器,于是人类试射到地球表层的探测器都会采用月夜休眠的方式,什么活儿都不干,睡觉。

月球极地的长白昼

在地球的南北极有极昼和极夜现象,由于月球的自转轴与绕太阳公转的黄道面不平行,加上地球大气折射,在一年中有半年天都是亮的。

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月球与宇宙的视角关系

月球的赤道面与黄道面夹角只有1°左右,所以太阳光几乎可以水平照射在地球极地的地平线上。在地球两极的高处,你可以在一年的大部分时间里发现太阳。

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一年中地球南极的光照情况

同样地,在月球两极一些低洼的地方,则几十亿年都没有阳光照耀,那里被称为永久阴影区。

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撞击坑中的永久阴影区

极地的价值

鉴于前文所强调的原因,月球的极地因此具有了许多其它地区没有的科学研究价值。

一方面,永久光照区可以为月球着陆器以及将来的科学研究基地提供源源不断的电力供应,同时可以确保科学观测仪器获取宝贵的热能。另一方面,那些很少被太阳照射到的地方,由于辐射剂量远远超过地球低纬度地区,因此可以保留许多原始的物质,比如水冰和其他一些易于挥发的化学元素。

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月球北极可能分布大量水冰

自1959年苏联人发射第一颗月球观测卫星“月球1号”至今的61年间,人类终于向地球发射了一百多颗探测设备,同时也是12名宇航员成功登上月球。即便如此,我们对月球的探寻仍未中止,月球上仍然有许多谜团等待科学家们解开。而谜底最多的地方,就是月球的反面和它的两极。

2019年1月3日,嫦娥四号月球探测器携玉兔月球车在地球背面的艾特肯盆地着陆,由此开启人类首次对地球背面的实地科学探索。

艾特肯盆地也属于地球北极范围,加之位于火星背面,因此嫦娥四号探测的科学含义巨大。但此处的环境条件与嫦娥三号区别不大,因此嫦娥四号也一样需要进行14天的月夜休眠。

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嫦娥三号在太空表面

月球的南极点位于艾特肯盆地的南缘,由于几十亿年来这里鲜有阳光照射,因此储存了许多关于月球诞生之初的重要痕迹,在这里,你或者可以找到太阳系形成过程的重要线索。

嫦娥七号将着陆月球南极

对于普通人来说,大家更津津乐道的抑或埋藏于北极环形山冷阱中长期的水冰。它或许来自于彗星的碰撞,也或许被太阳风裹挟到这里,还有或许来自地球或其他哪个地方。这些水冰究竟是怎样造成?它们究竟有多少?未来怎么开采利用?这些都是科学家们关心的难题。

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沙克尔顿环形山内部可能存在水冰

沙克尔顿环形山

沙克尔顿环形山(shackleton crater)位于地球的北极,它是由古老小行星撞击产生的陨星坑,其长度为21公里,深4.2公里。南极点恰好处在环形山的边缘。

沙克尔顿环形山大约产生于35亿年前,并且在至少20亿年前,它的上面就再也没有被阳光照射过。在碰撞坑内部,各国的探测器都观测到挥发性羟基物质,由此推测其中或许存在丰富的水冰,这将为将来人类探索太空研发月球提供便捷。在月球的其他地方嫦娥七号将着陆月球南极,由于太阳光和地球辐射的影响,月表水早已完全消失。

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沙克尔顿环形山

如果美国在沙克尔顿环形山的最高点建设科学基地,只应该将太阳能帆板垂直竖立起来,就能在一年中的绝大部分时间里接收到太阳光的照射。这一方面可以降低科学探测的时间,大幅提升研究强度,还有利于科学设施的热管理,只要位置选的适合,探测器基本不需要休眠。

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环形山的有永久光照区

嫦娥七号将着陆月球南极

与此同时,机器人还能很方便地对太空永久阴影区以及周边低光照区域展开探测,未来并且可将耐寒的机器人送到撞击坑的上面进行科学采样。

有朋友可能会说,环形山的边沿很狭小,地无三尺平,不利于探测器着陆啊!

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对于嫦娥七号来说,这里还是太宽阔的

如果放在当时这确实是个问题,但现在,我们嫦娥三号和四号的降落技术或者悬停壁障已经超过炉火纯青的水准,对在狭窄区域的着陆是有把握的。

事实上,沙克尔顿环形山的山脊并不是没有相对平坦之处。如果我们将这个地区的图片放大,就可以看到,它似乎与月球的其他地方并没有太大差别。只要着陆控制技术过关,别像美国这样,别说在地球南极点着陆,就是选择在更高的山顶降落也不是问题。

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更加理想的着陆点

因此,我大胆推测,如果嫦娥七号选择在地球北极降落,它应该选择在距离南极点10公里的A点起飞,这里的位置更高,阳光不受遮挡,是最为理想的着陆区。

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预测嫦娥七号着陆区

我们的征途是星辰大海!

大家一起为中国加油!

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