◎ 科技日?qǐng)?bào)記者 張曄 金鳳
“美國(guó)阿波羅計(jì)劃17次把宇航員送上太空，都完美地避開(kāi)了太陽(yáng)質(zhì)子事件，包括1972年那次輻射量足以致命的太陽(yáng)粒子爆發(fā)。是他們特別幸運(yùn)嗎？”
4月24日，2021年“中國(guó)航天日”探月工程論壇在南京舉行，中科院國(guó)家空間科學(xué)中心主任王赤院士向臺(tái)下聽(tīng)眾提出了這樣一個(gè)問(wèn)題。
答案顯而易見(jiàn)，當(dāng)然不是?！懊绹?guó)很早就開(kāi)展了太陽(yáng)質(zhì)子事件的預(yù)報(bào)，并避開(kāi)了太陽(yáng)爆發(fā)。”王赤說(shuō)，所以我們未來(lái)的載人登月，空間天氣預(yù)報(bào)也是非常重要的。
2020年12月17日，嫦娥五號(hào)帶著1731克月球樣本，穩(wěn)穩(wěn)降落在內(nèi)蒙古四子王旗，宣告了我國(guó)探月工程“繞、落、回”三步走戰(zhàn)略圓滿完成。
那么，歷時(shí)十多年的中國(guó)探月工程，只是為了從38萬(wàn)公里之外的月球取回一罐土嗎？當(dāng)然不是。在當(dāng)天的論壇上，來(lái)自中科院國(guó)家天文臺(tái)的王競(jìng)研究員、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）的肖龍教授，以及王赤院士，先后從月基天文觀測(cè)、揭秘月球地質(zhì)特征和形成演化歷史、探月工程空間物理探測(cè)科學(xué)成果三個(gè)方面，闡述了我國(guó)在探月工程基礎(chǔ)之上取得的三大科學(xué)成果。
圖源：科技日?qǐng)?bào)記者 張曄 攝
“在月球上觀測(cè)宇宙一直是天文學(xué)家的夢(mèng)想！”已經(jīng)圓夢(mèng)的王競(jìng)研究員，演講時(shí)顯得特別高興。天文學(xué)家為什么有這個(gè)念頭，要在月球上進(jìn)行天文觀測(cè)？
王競(jìng)解釋說(shuō)，一是月球真空度高，可以開(kāi)展紫外等地面無(wú)法完成的觀測(cè)；二是月球自轉(zhuǎn)緩慢，可對(duì)天文目標(biāo)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，特別是極區(qū)能實(shí)現(xiàn)星不落觀測(cè)；三是月球的背面電磁噪聲極低，利于開(kāi)展長(zhǎng)波射電天文觀測(cè)。
截止目前，僅有中美完成月基天文觀測(cè)。美國(guó)阿波羅16號(hào)攜帶了一臺(tái)遠(yuǎn)紫外相機(jī)；我國(guó)的嫦娥3號(hào)和4號(hào)，分別攜帶了月基光學(xué)望遠(yuǎn)鏡和低頻射電天線，不同的是，阿波羅16號(hào)的相機(jī)是手持人工操作，而我國(guó)是首次依托地外天體開(kāi)展自主天文觀測(cè)。嫦娥3號(hào)攜帶的望遠(yuǎn)鏡口徑為15厘米，近紫外波段，位于著陸器腹外倉(cāng)。
這種無(wú)人自動(dòng)觀測(cè)的好處，一是精度高，指向定標(biāo)精度達(dá)0.05度，可以說(shuō)指哪打哪；二是工作時(shí)間長(zhǎng)，2013年12月16日開(kāi)機(jī)觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)了3年觀測(cè)、2年實(shí)驗(yàn)。
王競(jìng)介紹，通過(guò)嫦娥探月工程，我國(guó)已實(shí)現(xiàn)三大天文科學(xué)成果，包括雙星演化的物質(zhì)交流，環(huán)月北極的紫外巡天，和揭示月球大氣層“水”含量特別少。
而嫦娥4號(hào)任務(wù)略有不同，它率先進(jìn)行了甚長(zhǎng)波天文觀測(cè)試驗(yàn)，目前正在進(jìn)行數(shù)據(jù)的定標(biāo)和分析。
如果說(shuō)王競(jìng)的工作是在仰望星空，那肖龍教授研究的就是腳踏實(shí)地。他不僅要繪制嫦娥降落月表的地質(zhì)圖，還要深入地下，研究月球的地層構(gòu)造、礦物組成和地質(zhì)演化。
根據(jù)已有科學(xué)研究，月球形成于數(shù)十億年前，由一顆名為忒伊亞的小天體與原始地球相撞后的碎片聚集形成。肖龍介紹說(shuō)，早期的月球也有劇烈的火山噴發(fā)和磁場(chǎng)，但是從什么時(shí)候開(kāi)始，月球變成一片死寂，現(xiàn)在大多是猜測(cè)，缺少一些關(guān)鍵證據(jù)。
“美國(guó)阿波羅計(jì)劃采集的巖石樣本都是30億年以上的，所以當(dāng)時(shí)國(guó)際科學(xué)界認(rèn)為月球在30億年前就'死了’，但最新的遙感觀測(cè)結(jié)論并非如此?！毙堈f(shuō)，我國(guó)科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，月球的火山活動(dòng)持續(xù)到了十幾億年前，改寫了人類對(duì)月球形成的認(rèn)知。
肖龍說(shuō)，嫦娥5號(hào)獲取的月壤將有5大潛在科學(xué)價(jià)值：一是限定月球火山活動(dòng)時(shí)限，二是校正月球撞擊坑年代曲線，三是揭示深部月幔性質(zhì)和巖漿來(lái)源深度，四是制約月球磁場(chǎng)結(jié)束時(shí)間，五是優(yōu)化月球巖漿洋模型，從而有望解決月球科學(xué)重大問(wèn)題。
太陽(yáng)風(fēng)、粒子、磁暴……王赤院士的研究顯得有些“朦朧”，用他的話說(shuō)是避實(shí)就虛。
他主持的空間物理研究，一方面是測(cè)月，開(kāi)展對(duì)近月的空間及月表探測(cè)，關(guān)注月球的空間環(huán)境；另一方面是測(cè)地，把月球作為一個(gè)天然的衛(wèi)星平臺(tái)，對(duì)地球空間進(jìn)行觀測(cè)。這些研究包括：太陽(yáng)風(fēng)、地球風(fēng)與月球相互作用，粒子與月表的微觀作用過(guò)程、月表輻射特征，地球等離子體層結(jié)構(gòu)及其對(duì)磁暴和亞暴的響應(yīng)等。
王赤打了比方說(shuō)，過(guò)去研究太陽(yáng)風(fēng)與地球作用、地球磁層等問(wèn)題，就像盲人摸象，摸到哪算哪，現(xiàn)在站在38萬(wàn)公里之外，看到全景認(rèn)識(shí)也就更全面了。
太陽(yáng)耀斑、日冕暴發(fā)等災(zāi)害性的空間天氣會(huì)對(duì)日常生活會(huì)發(fā)生直接的影響，在沒(méi)有大氣層保護(hù)的外太空，宇航員和科學(xué)儀器更容易受到這些宇宙粒子的傷害。因此，從上世紀(jì)90年代起，空間天氣研究成為國(guó)際科學(xué)熱點(diǎn)和前沿領(lǐng)域之一。
王赤說(shuō)，從嫦娥1號(hào)到4號(hào)，我國(guó)在空間物理研究上取得了豐碩成果，部分為國(guó)際首次。未來(lái)將聚焦大尺度的地球空間多圈層耦合研究和為月球開(kāi)發(fā)利用提供空間環(huán)境保障支援。
而公眾更為關(guān)切的空間天氣研究，王赤認(rèn)為：“現(xiàn)在空間預(yù)報(bào)的水平大概相當(dāng)于地面天氣預(yù)報(bào)六七十年代的水平，所以道路還很漫長(zhǎng)?！?/p>
據(jù)王赤介紹，提高空間天氣預(yù)報(bào)的精度，取決于三個(gè)方面：一是對(duì)物理規(guī)律的了解，二是要有獨(dú)立自主的探測(cè)數(shù)據(jù)，三是要有數(shù)值預(yù)報(bào)的模式，不能僅靠經(jīng)驗(yàn)。
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