中國延遲的月球任務引發關於月球樣本的討論

嫦娥五號探測器可能會將寶貴的新的月球岩石帶回地球,但誰將有機會研究它們?

這張來自阿波羅 15 號任務的照片捕捉到了中國嫦娥五號月球取樣返回任務可能的著陸地點——位於風暴洋北部的呂姆克山地區。來自該地區的岩石樣本可能對研究月球的年齡和歷史至關重要,但關於何時或是否會將這些樣本與中國以外的研究人員分享,仍然存在不確定性。

美國宇航局

在 2007 年至 2013 年間成功執行三次機器人月球任務後,中國蓬勃發展的月球探測計劃似乎正進入一個更緩慢、更試探性的階段。中國原計劃在年底前用長征五號火箭發射嫦娥五號探測器,在月球表面著陸並採集樣本。但是,7 月份另一次長征五號發射失敗,似乎將這些工作推遲了幾個月,甚至可能是幾年。由於嫦娥五號取樣返回任務現在非正式但明顯處於暫停狀態,中國可能會在 2018 年改用不同的火箭助推器,將月球著陸器和漫遊車送往月球背面。這項獨立的任務被稱為嫦娥四號,它是作為中國嫦娥三號著陸器和玉兔月球車(於 2013 年 12 月成功到達月球)的備份而建造的。

儘管這對中國國家航天局(CNSA)來說令人失望,他們希望最終向月球派遣更多的機器人探測器,甚至可能向富含水冰的極地地區派遣人類任務,但延遲和重新調整最終可能會帶來好處,因為它可以為國際合作在月球科學和探索領域湧現提供更多時間。

包括美國在內的許多其他國家也在為未來幾年訪問月球做準備,為中國提供了充足的月球探索潛在合作伙伴。自美國宇航局的阿波羅宇航員從月球表面採集數百磅月球岩石以來,已經過去了 40 多年。上次有任何樣本返回地球是在 1976 年,當時蘇聯的月球 24 號著陸器送回了約 170 克樣本。新的樣本可能對全球月球研究界來說是一筆科學財富,但前提是中國願意分享。


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歐洲和中國之間以及中國和俄羅斯之間的早期討論已經開始就潛在的合作和月球樣本的共享進行談判。

歐洲航天局(ESA)人類和機器人探索理事會科學家詹姆斯·卡彭特是最近在北京舉行的 CNSA-ESA 月球樣本研討會的關鍵人物,他說:“我們在歐空局正在與中國就未來在月球探索方面的合作進行探索性會談,以及作為其中一部分的樣本分析科學。”

同樣,中國和俄羅斯也計劃簽署一項關於 2018 年至 2022 年聯合太空探索的雙邊協議,重點是未來前往月球和其他深空目的地的任務。“中國顯然有一個非常雄心勃勃的月球探索計劃,其運作時間只能用‘積極’來形容,”英國開放大學行星科學教授伊恩·賴特說,他也是月球樣本研討會的與會者。“至少對我來說,不清楚的是,其中有多少 [計劃] 仍需要 [政府] 的批准。但是,我願意打賭所有這些都將在某個時候發生,”賴特說。儘管中國的月球樣本返回可能會被推遲,但他指出,該國用於儲存和研究這些最終樣本的設施的建設正在快速推進。

需要:新的月球岩石

目前,最大的未知數可能是嫦娥五號的新發射日期。據中國科學院國家天文臺月球和深空探測研究室研究助理曾星果介紹,該任務最早可能在明年發射,但“具體日期仍不確定”。

嫦娥五號由四個部分組成:軌道器、著陸器、上升器和返回地球艙。著陸器和上升器組合將降落在月球表面,使用鑽頭和機械臂進行勘探和採集樣本。一旦樣本被安全採集,上升器將發射升空,將月球材料轉移到等待在月球軌道上的返回艙。然後,返回艙將返回地球,重新進入大氣層並展開降落傘,將其珍貴的貨物安全地送回地球。最後,樣本將被運往北京,在國家天文臺建造和運營的設施中進行處理、儲存和研究。

曾星果說,中國“當然”會與其他國家分享其月球樣本,“但樣本何時釋出由中國月球探測工程管理委員會決定,因此我們也不清楚。”

美國宇航局行星科學部負責人吉姆·格林表示,美國宇航局也不知道具體時間。格林說,美國宇航局“不知道 [中國] 向更廣泛的行星科學界釋出樣本的計劃”。

對新樣本的渴望源於這樣一個事實,即所有較舊的返回月球材料都來自少數幾個分散的地點,這些地點對月球的深層歷史提供了一個可悲的不完整的描述。科學家們仍然不完全瞭解地球最親密的宇宙伴侶在數十億年前是如何形成的。嫦娥五號可以透過返回來自呂姆克山(月球風暴洋隕石坑中的一個區域,被認為富含比阿波羅宇航員返回的樣本年輕得多的火成岩)的樣本來幫助改變這種情況。風暴洋是月球“海”(拉丁語為“海洋”)的主要例子,這是一片廣闊的黑暗玄武岩,17 世紀的天文學家誤以為是月球上的水體。

亞利桑那州立大學的著名月球專家馬克·羅賓遜說:“[呂姆克山] 是一個很好的取樣返回任務目標,因為我們沒有來自大約 30 億年前的月海的阿波羅樣本。”羅賓遜還是美國宇航局月球勘測軌道器上相機系統的首席研究員,該軌道器自 2009 年以來一直在繪製月球地圖。“希望那些年輕的月海是他們的目標,”他說。他補充說,從該地區返回樣本將是“一項令人驚歎的科學回報”,不僅對理解月球火山活動隨時間推移的演變非常重要,而且對校準月球的確切年齡也非常重要,這反過來有助於限制太陽系中水星、火星、金星和其他岩石天體的年齡。

難以逾越的政治

儘管中國研究和共享嫦娥五號樣本的計劃仍處於初期階段,但該國已經向幾位外部研究人員展示了其正在建設中的實驗室的內部情況。約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室的行星科學家大衛·布萊維特是少數在 2016 年夏季由中國科學院贊助的訪問期間預覽實驗室的幸運兒之一。

布萊維特回憶說,要參觀地下設施,你必須乘坐地面電梯“並按下負 3”,他看到一隊卡車向實驗室運送手套箱和其他裝置。“我不記得聽說或讀到過與國際社會分享樣本的計劃,”他說。但是,如果資料共享遵循中國過去月球任務的實踐,“資料可能會有兩個專有期”。他說,直接參與任務的科學家將獲得優先訪問權,其次是中國境外的其他研究人員。最終,透過網際網路資料庫向中國境外的研究人員提供資料。他說,類似的協議可能會用於來自嫦娥五號返回樣本的資料。

儘管如此,直接訪問中國的月球材料儲備仍然受到美國政治的影響。目前,由於眾議員弗蘭克·沃爾夫(共和黨,弗吉尼亞州)在 2011 年聯邦預算立法中首次插入的一項條款,美國宇航局和白宮科技政策辦公室(OSTP)都被禁止直接與中國合作,沃爾夫當時擔任眾議院商業、司法、科學及相關機構小組委員會主席。沃爾夫現已退休,並於 2015 年離開國會,但“沃爾夫修正案”的一個版本至今仍然有效,並阻止美國宇航局和 OSTP 在沒有國會明確授權的情況下與中國進行“雙邊”合作。布萊維特說:“因此,我預計中國不會急於與美國科學家直接分享樣本。”他補充說,有各種漏洞可以規避沃爾夫的限制:明確禁止美中雙邊合作,但“多邊”專案則不然,允許美國研究人員在 NASA 資助的工作中與中國科學家合作,前提是有來自其他國家的其他研究人員也參與其中。此外,國家科學基金會和國家衛生研究院在美中聯合研究方面也沒有類似的限制,為聯邦資助的合作提供了更多途徑。這意味著,無論如何,美國行星科學界可能會找到一種方法來獲取中國提供的任何新的中國月球樣本。

聖母大學的月球科學家克萊夫·尼爾說:“對於月球科學來說,這是一個激動人心的時刻,令人遺憾的是,政治阻止了美國科學家直接參與其中。“同樣,中國科學家無法索取阿波羅樣本也是一件遺憾的事情。但是,科學家們將繼續合作,以更好地瞭解月球,並希望彌合政客們無法彌合的差距。”

向共享邁出的一小步

為了提高美國獲得中國即將到來的樣本的機會,一個引人入勝的提議來自最後一位在世的登月者之一,阿波羅 11 號宇航員巴茲·奧爾德林,他是第二個踏上月球表面的人。奧爾德林希望安排某種形式的月球岩石交換——類似於美國和蘇聯在 20 世紀 70 年代達成的一項安排,當時兩國都分享了各自月球任務的樣本。“在國家之間分享月球樣本對科學有好處,”他說。“這對國家間的合作有好處。此外,它還有助於將美國和中國的探索議程重點放在我們重返月球作為派遣宇航員前往遙遠火星的試驗場上。我相信現在是尋求與中國進行太空合作途徑的時候了——而交換從月球帶回的樣本就是其中之一。”

事實上,早已有與中國分享月球樣本的歷史先例:1970 年,美國總統理查德·尼克松將一些阿波羅 11 號的月球岩石作為善意禮物送給中國。中國是 135 個獲得少量月球物質碎片的外國之一。但是,這點微不足道的數量幾乎沒有觸及阿波羅寶藏的表面,其大部分仍在美國宇航局約翰遜航天中心的一個設施中精心儲存。總而言之,在 1969 年至 1972 年間,六次阿波羅任務從月球表面帶回了 842 磅的月球岩石、巖芯樣本、卵石、沙子和塵埃。阿波羅探險隊從月球上的六個不同探索地點返回了 2200 個單獨的樣本。也許向中國提供更多的阿波羅母礦可能會鼓勵互惠共享。

奧爾德林說:“我認為,我將鼓勵編寫一項正式計劃,以分享我們各自月球探索事業的成果。這是中美兩國在邁向深空的過程中可以建立的‘一小步’。”

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