探月任務越來越多,會對寶貴的月冰造成污染嗎?

北京時間2月10日消息,據國外媒體報道,隨着中國登月取樣任務取得圓滿成功,新一輪「月球熱」也隨之拉開帷幕。在接下來三年內,俄羅斯、印度、中國、日本和美國等國家已有至少八艘航天器計劃登陸月球表面。有幾項即將開展的任務將在月球極地進行探索,這在歷史上還是頭一次。

探月任務越來越多,會對寶貴的月冰造成污染嗎?

NASA的VIPER月球漫遊車將配備一根1米長的鑽頭,可以鑽入月壤中採集樣本。

極地是月球上最有趣、但也最敏感的區域之一。科學家十分期待對這些區域隕石坑中的水冰展開研究。但他們也擔心,隨着前往月球的航天器越來越多,也許會對這些冰造成污染。

這些冰對科學家非常重要。有些人想通過分析月冰樣本,弄清地球和月球上的水數十億年前是如何、以及何時開始積聚的。有些人則想開采月冰,將其作為未來月球基地發射火箭的燃料。

如今,這些探索者們面臨着一個艱難的抉擇。他們究竟是該立即開挖,弄清如何開采月冰和將其轉化為燃料?還是應當緩慢推進、小心保護冰中封存的科學記錄呢?「有些科學家提出,我們現在根本就不該靠近這些冰,否則肯定會毀了它們。」美國聖母大學地質科學家克萊夫·尼爾指出,「其他人則認為,既然我們需要它們,不如放手一搏。」

這些爭執必須盡快解決。NASA正在計劃在月球南極開展一系列科考項目,首先將在2022年發射一台機器人着陸器,過幾年還會將宇航員送上月球,實現人類自1972年以來的首次登月。

美國國家科學、工程與醫學院(NASEM)近日發表的一篇報告指出,為有效開展探索,宇航局需要確定探索月球極地任務各項目的的優先級。國際空間研究委員會(COSPAR)也在評估當前情況,並將在接下來幾個月間決定是否要針對月球航天器發布新的指導方針。NASA目前還在等待國際空間委員會的決定。屆時,NASA可能也會更新自家規定,確保以更負責任的態度開展探月任務。

NASA行星保護官員麗莎·普拉特指出,隨着月球探索任務不斷增加,「我們有義務不去妨礙未來的科學考察。」但問題在於,「我們究竟怎樣做才對呢?」

任務沖突

到目前為止,還沒有航天器直接考察過月球極地和此處潛藏的冰。唯一靠近過月球極地的是印度的「維克拉姆號」着陸器。2019年,該着陸器登月失敗,在距月球南極約600公里處墜毀。去年12月,中國嫦娥五號成功在月球中緯度地區完成了月岩采樣。而它的繼任者嫦娥六號計劃於2023年登月,採集月冰和月岩樣本並帶回地球。此外,日本和印度也在計劃派遣機器人前往月球南極開展考察。

NASA也不甘落後。美國總統特朗普在任期間,NASA籌備了一系列以極地為重點的探月任務。根據當前計劃,NASA將於2022年向月球南極發射兩台機器人着陸器,還將在2023年發射一台名叫VIPER的大型漫遊車,用一根一米長的鑽頭鑽入月壤、開采月冰。接下來,宇航員最早將於2024年登上月球,對含冰隕石坑展開探索。NASA上個月發表的一篇報告中提到,其考察目標可能會包括採集月冰,並將樣本以冰凍狀態帶回地球實驗室進行研究。

五十年前、阿波羅號的宇航員們首次踏上月球表面時,沒人能想到這些探索任務可能會對月球上的冰造成污染。畢竟,當時的研究人員還以為月球是顆極度乾燥的星球。一直到近十年左右,人們才意識到月球上許多地方都有水的存在,包括極地區域隕石坑中的水冰。科學家甚至還在不止一處有陽光照射的地點發現了包含在礦物中的水。

這些水可能是由富含水分的小行星或彗星、或者太陽風帶至月球的。其中有些也許來自月球內部,發生火山噴發時被帶到了表面。但無論來源如何,月球上的水都能為我們提供極其關鍵的科學信息。

月球極地隕石坑中的冰也許已經積攢了數十億年之久。若真是如此,那麼這些冰不僅記錄了月球的、也記錄了地球的早期歷史。月球可能是在45億年前某個巨大天體撞上地球時飛出的碎片形成的,因此二者歷史有着緊密的關聯。在地球上,板塊遷移等地質活動已經抹除了早期留下的大部分痕跡。但月球上並沒有這些地質活動,因此是個絕佳的研究對象。

NASA艾姆斯研究中心行星科學家愛麗爾·多伊奇表示:「月球上水的歷史提供了許多關於太陽系演變過程的線索。」

污染月球

考慮到月球上冰的重要性,許多研究人員對開展探索慎之又慎。其中,有些人尤其關注火箭排氣污染月冰的可能性。

探月任務越來越多,會對寶貴的月冰造成污染嗎?

圖為冰在月球各處的分布情況。

去年,約翰霍普金斯大學應用物理實驗室的行星科學家帕瓦西·普雷姆與同事們模擬了一台中等大小的着陸器抵達月球南緯70°後可能發生的情況,這一地點距月球南極結冰的隕石坑僅有幾百公里。模擬結果顯示,盡管火箭排放出的水並不多,但這些水一旦釋出,便會散布到整個月球表面,且短時間內無法消除。即使過了兩個月球日(相當於地球上的兩個月),火箭排出的水仍有30%至40%會殘留在月球上,大部分都會在北半球凝結成冰。「最大的問題是,水蒸氣可以飄散到任何地方。」所以月球極地已經被之前的探索任務污染了。

在2020年的一項調查中,國際空間研究委員會詢問了數百名行星科學家對於月球探索任務干擾極地科學環境的擔心程度。超過70%的人表示,他們最擔心這些任務造成的污染可能會破壞月冰中保存的科學記錄。

包括普雷姆和多伊奇在內的19名科學家聯合向NASA提交了一份白皮書,建議在月球南極或北極隕石坑先開展一次所謂的「起源項目」,在探測器接踵而至之前,先採集一些較為純淨、未受污染的樣本,來幫助科學家了解這些冰在月球上的積累過程。通過這類任務,科學家將會了解到月冰中留存的科學記錄是多麼寶貴,也可以藉此判定月冰開采活動是否應推遲進行。

NASA目前並沒有撥給該任務的資金,並且仍計劃向月球極地派去多枚探測器。但NASA也在聆聽科學家的意見。正如普拉特指出:「我們需要在資源利用與科學探索之間找到一個平衡點。」

與此同時,假如國際空間研究委員會發布了新的探月指導方針,NASA與其它國家的航天局可能也會這麼做。該委員會目前的指導方針要求各國列出探月任務中攜帶的全部有機物質,如碳化合物、塗料、粘合劑等等。這可以在一定程度上減輕科學家對污染月球的擔憂,因為有了這樣一份清單,科學家便可得知哪些人造材料進入了月球環境。在更新後的指導方針中,可能還會要求各國航天局列出火箭或宇航員生命支持系統排放的各類氣體。中國航天局、以及商業公司SpaceX等相關方目前已經在與國際空間研究委員會探討這些問題。

最終決策

不過,隨着相關討論持續進行,部分科學家不必對污染問題感到太過擔憂。尼爾等人指出,火箭排出的水蒸氣只會在月球表面結成一層極薄的冰,因此不費太多力氣就能挖到下層的原始月冰。美國國家科學、工程與醫學院近期發表的報告中也指出,月表下方埋藏的冰受污染的風險並不大。並且行星科學家凱文·加農認為,與月冰受到的污染相比,弄清冰在月球上的分布地點和規律要重要得多。

還有科學家提出了一些保護月冰的建議。有人提出,可以將月球兩極中的一極保留下來、供科研之用,另一極則開放給資源開采與探索。還有人建議,在部分結冰的隕石坑中劃出一塊保留區。月球上隕石坑數量眾多,有些比人的手掌還要小,有些直徑則達10公里,況且我們沒必要對每一個隕石坑都開展考察。

「我們必須確保從長遠角度看待問題,」普雷姆指出,「誰知道未來的科學家有什麼打算呢?」

來源:cnBeta