原文作者：Alexandra Witze
為紀(jì)念阿波羅登月50周年，《自然》關(guān)注了五位探月工程的風(fēng)云人物。
Megha Bhatt
來源：Shovona Karmakar
Megha Bhatt是從小看著夜空中的月亮長大的。在她生活的印度小村莊里，晚上經(jīng)常斷電，因而也有足夠的時(shí)間仰望星空。在家里，父母向她講述美國人如何登上月球并邁出“一大步”的故事；在學(xué)校里，她觀看了阿姆斯特朗登陸月球表面的錄像，并從此一發(fā)不可收拾。長大后，她成了一名行星科學(xué)家。
Bhatt原本計(jì)劃在7月15日見證印度薩迪什·達(dá)萬航天中心發(fā)射“月船2號”月球探測器（該發(fā)射計(jì)劃已因技術(shù)原因推遲）。按照原計(jì)劃，“月船2號”將登陸月球南極，在月面投下首個(gè)來自印度的月球著陸器。著陸器上搭載了一個(gè)六輪巡視器，有望讓印度成為繼前蘇聯(lián)、美國和中國之后第四個(gè)將輪式巡視器送到另一個(gè)世界的國家。
“月船2號”提醒我們，自從半個(gè)世紀(jì)前阿姆斯特朗邁出歷史性的一步以來，月球探索發(fā)生了多么巨大的變化。這個(gè)曾經(jīng)只屬于少數(shù)美國白人男性的領(lǐng)地——跟隨“阿波羅”系列任務(wù)飛向月球，如今已然變得更加年輕化和多樣化，而且，幾乎成了機(jī)器人的天下。
除了印度的探月任務(wù)外，今年1月，中國歷史性地登陸月球背面，預(yù)計(jì)將于今年晚些時(shí)候完成第一次采樣返回任務(wù)。4月，一家以色列公司將第一艘私人建造的航天器送上月球（雖然是以墜毀的方式）。此外，韓國正在研制首個(gè)月球探測器，最早將于明年發(fā)射。俄羅斯也在全力打造一系列著陸器，實(shí)現(xiàn)幾十年來首次重返月球的夢想。另外，美國也計(jì)劃在2024年底前讓一組機(jī)器人探測器抵達(dá)月表，并再次將他們的宇航員送回月球。Bhatt說：“眼下是月球探索的黃金期?！?/p>
大量機(jī)會的涌現(xiàn)，讓新一代科學(xué)家蓄勢待發(fā)，爭相擁抱月球科學(xué)的未來。當(dāng)NASA宇航員在1969年至1972年漫步月球時(shí)，這些研究人員根本還沒出生，但阿波羅計(jì)劃的影響力之大，幾十年后仍能引起共鳴。
《自然》采訪了五位青年月球研究人員，他們用親身經(jīng)歷訴說人類對這個(gè)地球最近鄰居的著迷，以及還有多少未知在等著我們發(fā)現(xiàn)。
MEGHA BHATT：礦藏專家
Bhatt的生活軌跡一直都受到月亮的牽引。小時(shí)候，她夢想能在印度航天局工作，于是她選擇了物理學(xué)和電子學(xué)。她還讀了很多阿波羅宇航員寫的書，包括登月第二人Buzz Aldrin的回憶錄。后來，她前往德國馬克斯·普朗克太陽系研究所攻讀博士學(xué)位，并在那里結(jié)識了一位俄羅斯來訪的性格安靜的科學(xué)家。一直到后來她在電視節(jié)目上看到這位科學(xué)家時(shí)，她才意識到Sasha Basilevsky是前蘇聯(lián)太空計(jì)劃的核心月球地質(zhì)學(xué)家，曾參與決定了全球最早兩輛月球車在1970年和1973年的著陸點(diǎn)。
Bhatt可能趕上了在印度做月球科學(xué)家的最好時(shí)機(jī)。2008年，印度首次發(fā)射“月船1號”月球探測器。Bhatt當(dāng)時(shí)的博士課題是月球礦物學(xué)，正好用到了“月船1號”多個(gè)儀器采集的數(shù)據(jù)。通過研究月球上反射的各種波長的光，Bhatt繪制了不同礦物在月球表面的分布圖。她還幫助開發(fā)了一種鐵豐度的估算方法，這些信息可以揭示熔融初期的月球如何在45億年前左右逐漸冷卻，并開始形成礦物晶體的過程。
如今，Bhatt在印度國家物理研究實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)專攻月球遙感，繪制月球的礦物學(xué)地圖。她使用的主要是“月船1號”的數(shù)據(jù)，同時(shí)將這些數(shù)據(jù)與其他月球探測器（如日本2007年至2009年間繞月觀測的“月女神”探測器）的數(shù)據(jù)結(jié)合分析。“只有把所有信息整合起來才能看到全貌?！?她說，“就像偵探一樣。”
Bhatt最想解開的謎團(tuán)之一是月球漩渦。月球漩渦是指月球上隨處可見的神秘淺色斑紋，類似咖啡里的奶油花紋。目前對月球漩渦的形成有幾種不同的理論，一種較為流行的觀點(diǎn)認(rèn)為一些地方的磁性巖石就像一把保護(hù)傘，保護(hù)這些表面不受名為太陽風(fēng)的宇宙粒子流的影響。這種屏蔽作用讓受到保護(hù)的月面不會越變越暗。
Bhatt一直在研究這些漩渦的礦物學(xué)性質(zhì)，有的漩渦方圓數(shù)十公里。在一個(gè)具有Reiner Gamma成圈特征的漩渦中，Bhatt發(fā)現(xiàn)其表面礦物反射光的方式存在差異，這說明漩渦的不同區(qū)域有不同的形成機(jī)制。她認(rèn)為磁性屏蔽說可以解釋部分月球漩渦的部分區(qū)域，但無法解釋所有漩渦。
如果“月船2號”發(fā)射成功，Bhatt就將開始研究月球車著陸點(diǎn)的礦物組成。這也將是第一個(gè)降落在月球高地的貧鐵富鋁巖石上的著陸器，在此之前，研究人員尚未對該區(qū)域的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行過直接探測。
這可能會帶來各式各樣的驚喜?！罢麄€(gè)探月界都在期待著這次任務(wù)，”Bhatt說。
JESSICA BARNES：巖石偵探
明年的某一天，Jessica Barnes就要走進(jìn)一個(gè)零下20?°C的大型冷庫，并將戴著手套的雙手放在一塊月球巖石上。這塊巖石自從1972年被宇航員帶回地球后，就一直冷藏在這里。這些阿波羅樣品即將迎來首次啟封，沒人知道樣本中究竟會發(fā)現(xiàn)什么。
Jessica Barnes
來源：Michael Starghill, Jr
Barnes打算分析這塊冰凍月巖的含水量以及其他揮發(fā)物的含量。宇航員Harrison Schmitt從月球上陶勒斯-利特羅山谷的巨石上取下了這塊樣品，同時(shí)又從同一塊巨石上取下另一塊。另一塊樣本返回地球后一直被常溫保存。因此，Barnes有了一個(gè)千載難逢的機(jī)會來研究這兩個(gè)樣本的區(qū)別。
如果兩個(gè)樣本所含的水分和其他揮發(fā)物相同，那么NASA大可不必在樣本返回后費(fèi)心地冷凍保存。如果兩個(gè)樣本之間存在任何差異，都可能指向新的月球樣本保存方法，以確保它們的科研價(jià)值多年不變。直到2008年，研究人員才第一次明確地在阿波羅樣本中檢測到水，這意味著月球并不像前幾代人所想的那樣干燥。除此之外，Barnes和同事還將研究冷凍阿波羅樣本的基本地質(zhì)情況和化學(xué)性質(zhì)。
Barnes原先在蘇格蘭讀的是地質(zhì)學(xué)，后來才轉(zhuǎn)向了月球研究。當(dāng)時(shí)她偶然發(fā)現(xiàn)了一個(gè)博士職位，需要使用名為納米級二次離子質(zhì)譜分析的技術(shù)，在極小尺度上分析月球巖石中的化學(xué)元素?！爱?dāng)我看到這個(gè)職位時(shí)，簡直不敢相信自己的好運(yùn)氣，”她說， “我將用一種全新的技術(shù)研究月球巖石。得到這份工作是我的幸運(yùn)，我從沒后悔過?！?/p>
她目前在美國宇航局約翰遜航天中心工作，離著名的月球?qū)嶒?yàn)室不遠(yuǎn)，阿波羅巖石就被精心保存在那里以供科學(xué)研究。她平時(shí)會研究各種各樣的月巖，包括她最喜歡的橄長巖。這種古老巖石的乳白色周身鑲嵌著蜜褐色的礦物。她說：“這是我見過的最美的巖石?！苯衲?月，她將前往亞利桑那大學(xué)，用她多年的月巖研究經(jīng)驗(yàn)，為OSIRIS-Rex帶回的小行星樣本制定保存計(jì)劃，這將是美國首個(gè)小行星采樣返回任務(wù)，預(yù)計(jì)將于2023年返回。
目前，最讓她興奮的莫過于能參加阿波羅采樣項(xiàng)目了，項(xiàng)目下還有其他八個(gè)小組，分別負(fù)責(zé)原始阿波羅巖石樣本的不同分析工作。Barnes會定期參加一個(gè)會議，在那里她能看到Schmitt——替她取回了這塊巖石樣本的宇航員。
KATHERINE JOY：隕石獵人
英國曼徹斯特大學(xué)的Katherine Joy研究的月巖不是由太空艙護(hù)送宇航員親自帶回的。她的專業(yè)是月球隕石，專門研究月球受到撞擊后散落到地球的罕見碎片。
Katherine Joy
來源：Katherine Joy/曼徹斯特大學(xué)
Joy有時(shí)候會駕駛摩托雪橇，穿越廣袤的南極冰原，自己尋找這些隕石。當(dāng)雪橇滑過冰面時(shí)，她會掃視反光的冰塊中是否藏著深色的小巖石。這些散落在南極冰面上的隕石正等著科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)。
今年早些時(shí)候，Joy參加了英國南極調(diào)查局首次組織并資助的南極隕石考察隊(duì)。在4周的時(shí)間里，考察隊(duì)一共在冰中發(fā)現(xiàn)了36顆太空隕石。本月，她將第一次分析這些隕石——搭載樣本的慢船剛剛從南極洲抵達(dá)英國。
她希望至少能發(fā)現(xiàn)一塊來自月球的巖石?！霸谖覅⑴c的一次考察中，我們設(shè)法找到了來自（小行星）灶神星的碎片?！?她說，“但我更想看到的是月球隕石。”
地球化學(xué)家Joy曾參與分析阿波羅宇航員帶回的一些最著名的巖石。2012年，她報(bào)告在阿波羅16號采集的巖石中發(fā)現(xiàn)了來自古代小行星的碎片——這說明在34億年前，地球和月球經(jīng)常受到這些化學(xué)性質(zhì)原始的小行星的撞擊。
月球隕石可以幫助Joy擴(kuò)大她的研究范圍，因?yàn)樗鼈儊碜杂谡麄€(gè)月球，而不像阿波羅樣本只是取自相對有限的地區(qū)——月球正面一塊地質(zhì)化學(xué)性質(zhì)獨(dú)特的區(qū)域。
迄今為止，科學(xué)家已經(jīng)鑒定出了超過145顆月球隕石，并希望借由它們了解更全面的月球地質(zhì)構(gòu)造。今年5月，一顆2013年在南極洲發(fā)現(xiàn)的有著43億年歷史的月球隕石中，Joy和同事發(fā)現(xiàn)了能證明當(dāng)時(shí)月球上已有火山爆發(fā)的證據(jù)，比月球火山活動的主要時(shí)期還早了數(shù)億年。他們的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步證明，月球上的火山爆發(fā)遠(yuǎn)比研究人員想象的更早。
Joy參與的一個(gè)合作項(xiàng)目正在為俄羅斯的Luna-27著陸器研制一臺歐洲設(shè)備，該著陸器計(jì)劃在2023年后訪問月球南極。同時(shí)，Joy也為英國政府提供關(guān)于行星探索重要性的咨詢。對她來說，登月無疑是最大的夢想，可能的話，她還想深入隕石坑，親自尋找地質(zhì)年代層。
但現(xiàn)在，她首先要搞定這些從南極洲帶回的隕石?？疾礻?duì)的經(jīng)費(fèi)還夠組織一季實(shí)地科考，并希望把科考任務(wù)做成一個(gè)永久性項(xiàng)目，對標(biāo)美國已開展多年的南極隕石采集計(jì)劃。
每當(dāng)Joy和同事在冰上發(fā)現(xiàn)一塊黑點(diǎn)時(shí)，她都期望這是一顆月球隕石，這些隨機(jī)掉落到地球的隕石里可能封存著大量關(guān)于月球的信息。她說：“這就是為什么我們不斷回到南極尋找更多的隕石?！?/p>
CHAE KYUNG SIM：土壤偵探
Chae Kyung Sim肯定不想去月球旅行。在她最近一次從韓國飛德克薩斯的旅行中，她擠在座位上看完了《登月第一人》（First Man），一部講述阿姆斯特朗登月之旅的電影。在這次并不舒適的長途飛行中，坐在阿波羅號太空艙里的阿姆斯特朗讓Sim非常難忘。她說：“看到他擠在太空船里的樣子真的太難受了。”
Chae Kyng Sim
來源：Sun Young Kim
Sim更喜歡帶著她的兩個(gè)孩子去戶外看月亮。孩子們會討論月亮的亮度和形狀的變化，以及他們的媽媽如何在地球上努力解開關(guān)于它的許多秘密。
因?yàn)閺男∈艿搅艘晃粺釔厶煳膶W(xué)好友的啟迪，Sim本是一名受過科班訓(xùn)練的行星天文學(xué)家，研究木星和土星的大氣層。但就在她2014年快博士畢業(yè)時(shí)，韓國政府第一次對外宣布將向月球發(fā)射宇宙飛船。當(dāng)時(shí)，韓國的月球科學(xué)家非常稀缺，Sim等人被召集為探月計(jì)劃構(gòu)思獨(dú)特的科研任務(wù)。
如今，她所在的團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)一種利用偏振光研究月球的照相機(jī)。偏振研究可以揭示月球表面的許多細(xì)節(jié)，如塵埃粒子的大小可以反映月球表面的風(fēng)化程度。作為首爾慶熙大學(xué)的行星科學(xué)家，Sim認(rèn)為這臺照相機(jī)將是有史以來向月球發(fā)送的分辨率最高的偏振測量設(shè)備，并將幫助科學(xué)家規(guī)劃今后的月面登陸任務(wù)。
Sim的專業(yè)是太空風(fēng)化，太空風(fēng)化是指行星表面在隕石撞擊和太陽風(fēng)沖擊下隨時(shí)間變暗變紅的過程。Sim一直在研究月球上的太空風(fēng)化有多少是由這兩種作用導(dǎo)致的。她說，解開造成月面退化的各種原因就能了解這個(gè)地區(qū)的地質(zhì)歷史。
她和同事在《伊卡洛斯》（Icarus）上發(fā)表的一篇論文指出，月球土壤的鐵含量會影響月壤對太空風(fēng)化的反應(yīng)。了解這方面的差異能幫助決定航天器著陸的土壤類型。
韓國政府正在規(guī)劃未來的登月任務(wù)，包括發(fā)射一個(gè)著陸器。目前，它向月球進(jìn)發(fā)的第一步——“韓國探路者軌道器”已計(jì)劃在2020年后發(fā)射升空。一旦數(shù)據(jù)開始回流，Sim希望這些數(shù)據(jù)能用來比較月球和其他沒有空氣的天體（如水星）的太空風(fēng)化情況。她還期待向全世界展示韓國軌道器的所有發(fā)現(xiàn)。
“作為一個(gè)外國人，我不太愿意使用其他國家的數(shù)據(jù)，因?yàn)檫@些任務(wù)用的是本國納稅人的錢，而不是我們的錢?！?她說，“我希望能和其他國家的科學(xué)家分享韓國的數(shù)據(jù)。”
法文哲：雷達(dá)閱讀者
法文哲的科研生涯一直都與祖國的探月工程息息相關(guān)。他在中國西北的農(nóng)村長大，因?yàn)槲锢砗突瘜W(xué)成績優(yōu)異，他可以去大城市的大學(xué)繼續(xù)深造。在他的課本中，絕大多數(shù)科學(xué)家都來自西方國家。他說：“上面看不到中文名字。”
法文哲
來源：法文哲
當(dāng)法文哲開始在上海復(fù)旦大學(xué)讀博時(shí)，他研究的是衛(wèi)星對地測量，專攻行星表面能量散射的物理機(jī)制。2007年的中國正全力以赴發(fā)射首顆繞月探測器“嫦娥一號”，而法文哲所在的實(shí)驗(yàn)室將負(fù)責(zé)處理“嫦娥一號”發(fā)回的數(shù)據(jù)。對此，法文哲主動請纓，他終于能為中國的自主科學(xué)成果貢獻(xiàn)力量了。
目前，法文哲是北京大學(xué)的一名月球科學(xué)家。經(jīng)過多年來對中國探月數(shù)據(jù)的深入分析，如今的他還是成功實(shí)現(xiàn)人類首次月背著陸的“嫦娥四號”科研團(tuán)隊(duì)的成員。除此之外，他所發(fā)表論文上也滿載了前三次嫦娥任務(wù)的重要發(fā)現(xiàn)。
法文哲計(jì)算了月壤中可供宇航員用作燃料的氦-3的含量，并測量了“嫦娥三號”探測器下方不同表層的深度?！版隙鹑枴?013年降落在雨海著陸區(qū)，并搭載有一臺探地雷達(dá)。這臺雷達(dá)對月球次表層進(jìn)行了迄今為止最詳細(xì)的測量，并發(fā)現(xiàn)月球次表層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)比之前預(yù)想的更為復(fù)雜。法文哲說：“我們對月球的探索越深入，我們的疑問也越多。”
法文哲不懼挑戰(zhàn)傳統(tǒng)觀點(diǎn)，比如月球極區(qū)附近陰影坑內(nèi)是否存在大量水冰。美國月球偵察軌道器等宇宙飛船宣稱在這些撞擊坑中發(fā)現(xiàn)了水冰的證據(jù)；NASA等航天機(jī)構(gòu)認(rèn)為可以先派宇航員去開采水冰，為將來的月球殖民打前站。但是，法文哲卻對觀測結(jié)果提出了一種新的解讀模型。他認(rèn)為，美國月球偵察軌道器探測到的其實(shí)是月表石塊的雷達(dá)回波，而非來自水冰?！八锌赡艽嬖?，但沒有之前想的那么多?！?他說，“我的研究結(jié)果對未來探索提出了挑戰(zhàn)?！?/p>
展望未來，法文哲已經(jīng)準(zhǔn)備好迎接“嫦娥五號”發(fā)射任務(wù)了?！版隙鹞逄枴弊钤鐚⒂诮衲臧l(fā)射，目標(biāo)是把月球樣品取回地球。法文哲曾見過阿波羅宇航員采回的月球巖石，但沒有親手觸摸過。隨著中國即將派出自己的宇宙飛船帶回重達(dá)2公斤的月壤，法文哲與月球“親密接觸”的機(jī)會也終于到來。他說：“有時(shí)候我覺得自己非常幸運(yùn)?！?/p>
原文以These young scientists will shape the next 50 years of Moon research為標(biāo)題
發(fā)布在2019年7月10日《自然》新聞特寫上
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Nature|doi:10.1038/d41586-019-02086-6
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