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歐陽自遠:迎接第一個100年,中國的深空探測

2020-01-10 16:08:37 通讯员:宣傳部通讯员 来源:宣傳部 點擊: 字號:TT

  

  歐陽自遠:天體化學與地球化學家,中國月球探測工程首席科學家,被譽爲“嫦娥之父”,中國科學院院士,第三世界科學院(TWAS)院士,國際宇航科學院(IAA)院士,中國科學院地球化學研究所研究員,國家天文台高級顧問。

  中國月球探測的起步和進展
  1957年10月4號,蘇聯發射了人類第一顆人造地球衛星,宣布了人類空間時代的到來,拉開了人類空間時代的帷幕。1958年兩個超級大國前蘇聯和美國爲了空間霸權的競爭和冷戰的需要,開始探測月球,1960年他們開始探測火星。1961年蘇聯的飛行員尤裏·加加林上天,人類第一個宇航員進入太空。1969年,美國的阿波羅計劃實現了人類第一次著陸在月球。人類進入了太空,拓展事業、發展科技,這是人類發展的必然。
  從1958年開始,我們就系統分析研究美蘇探測月球的計劃、方案、目標、實施步驟和探測成果,緊密結合我國實際思考我國空間探索之路,把研究隕石作爲空間探索的起點,並逐步把研究拓展至宇宙塵埃、月球岩石等領域。1992年,中國載人航天工程正式立項,我國有能力開展月球探測了,我們請求國家組織專家評審論證,並進行了中國開展月球探測的必要性與可行性研究、中國月球探測發展戰略與長遠規劃研究、中國首次月球探測科學目標研究等。從1994年至2003年,經過多次論證,月球探測的項目得到專家一致同意和支持。2004年,中國正式開展月球探測工程,並命名爲“嫦娥工程”。
  “嫦娥工程”分爲“無人月球探測”“載人登月”和“建立月球基地”三個階段。“無人月球探測”階段分爲繞、落、回三步。第一步,發射衛星繞著月球飛,在工作軌道裏繞行,開展全球性、綜合性月球探測,這是嫦娥一號、嫦娥二號的任務;第二步,探測器著陸在月球的某一個位置,進行著陸器就位探測、月球車巡視探測及其聯合探測,這是嫦娥三號、嫦娥四號的任務;第三步,探測器要落到月球上,鏟取和鑽孔采集月球樣品並把樣品安全地帶回地球,這是嫦娥五號、嫦娥六號的任務。完成了三個步驟後,可以實現到達月球,安全著落,並安全返回地球,這樣,才能夠實施載人登月。載人登月以後,就可以逐步地建設月球基地,開發利用月球,爲人類社會的可持續發展服務。
第二次人類探測月球的高潮
  这一时期,我国发射了嫦娥一号、嫦娥二号、嫦娥三号,2018年又发射了嫦娥四号,我国是在第二次人類探測月球的高潮中发射探测器最多且领先的国家。2007年10月24日,嫦娥一号成功发射升空,我国第一次做出了世界上最好的月球地形图和立体图,并把月球表面岩石和土壤的主要成分进行了探测,还探测了月球土壤的分布和土壤里氦-3资源。最终,嫦娥一号在圆满完成各项使命后,于2009年按预定计划受控撞月,嫦娥一号为我国飞向太阳系的星辰大海,开启深空探测建立了伟大的历史功勋。
  2010年10月1日,嫦娥二號順利發射,它刷新了離月球表面的飛行距離,月球表面任何一個小坑都可以看得很清晰,完成了一系列工程與科學目標,獲得了分辨率優于7米的月球表面三維影像、月球物質成分分布圖等資料,得到了全世界分辨率最高的地形圖。2011年4月,嫦娥二號拓展試驗展開,我們讓它飛離地球150萬千米,完成進入日-地拉格朗日L2點環繞軌道的位置,打開儀器監視太陽活動,它一直辛勤工作了235天,積累了大量的資料,它的工作勤勤懇懇,一秒鍾都沒有停息過。相繼,嫦娥二號飛離地球702萬千米,與圖塔蒂斯小行星相距860米交會探測,首次獲得小行星形狀、大小、表面特征、運行參數等科學數據。目前嫦娥二號已經完成了使命,飛向以太陽爲中心的遙遠空間,距離地球大概有5億千米遠,已經成爲太陽系的人造小天體,圍繞太陽做橢圓軌道運行。
  2013年12月,嫦娥三號發射,它是我國第一個月球軟著陸的無人登月探測器,由著陸器和“玉兔號月球車”組成,它要完成“巡天、觀地、測月”的科學探測和其它預定任務。嫦娥三號安全著陸後,著陸器上的兩根軌道搭在月面上,搭好後我們立即給月球車解鎖,解鎖以後它就沿著軌道走向月球表面。月球車沿著軌道走下著陸器,6個輪子在月球的表面印出了清晰的印記。然後,月球車轉過身來,著陸器與月球車相互拍照,留下具有曆史意義的照片,此照片後來成爲中國郵政已制作發行的嫦娥三號紀念郵票。
  2015年10月5號,獲得國際天文學聯合會批複,嫦娥三號著陸區被命名爲“廣寒宮”,周圍還有幾個大撞擊坑,分別命名爲紫微、天市和太微,這三個地方緊緊地圍繞著美麗的“廣寒宮”。從此以後,任何國家出版的月球地圖,一定要在這個地方標注“廣寒宮”。自此,我國在月球上建立了一個真正的廣寒宮。
  嫦娥三號的任務完成得比較圓滿。2018年的新目標是必須首次實現人類在月球的背面著陸。嫦娥三號已經在月球正面著陸了,因此嫦娥四號要落在月球的背面去。
  2018年的任務就是發射一個著陸器和一個月球車實現人類首次著陸在月球的背面。但是地球上看不見月球的背面,也不能通訊,所以要到月球背面去有一個先決條件——必須發射一艘飛船,把地球和月球的背面連接起來,成爲一個完全暢通的鏈路,這樣我們在地球才能指揮它,才能看見探測器在背面如何著陸、落在何處以及著陸後做了什麽工作。完成工作後得到的數據要通過“中繼星”傳送回地球,這就是嫦娥四號的構架。
  2018年5月21日,我國正式發射了“鵲橋”號中繼星。12月8日,發射了嫦娥四號並到達了月球。由于月球背面有諸多高山峻嶺,地勢崎岖不平,嫦娥四號是比較垂直的著陸。嫦娥四號落在背面,依靠的是著陸器的高度人工智能的決策和“鵲橋”號中繼星的精確與及時的監測。
  2019年2月,嫦娥四號著陸點命名爲天河基地;著陸點周圍呈三角形排列的三個撞擊坑,分別命名爲織女、河鼓(俗稱牛郎)和天津;著陸點所在馮·卡門坑內的中央峰命名爲泰山。這些命名是依據我國探月工程嫦娥二號和嫦娥四號高分辨月面影像數據來申報並獲批的,是我國月球探測工程科學數據成果在月球地理實體命名上的又一次重要應用。
  中國計劃2020年開展火星探測
  火星是八大星系裏最像地球的。世界上已經發射了45個探測器去火星,但他們大部分失敗或半路夭折,成功率只有40%。爲什麽這麽難?大家都知道地球繞著太陽轉,轉一圈是一年365天,火星在地球的外圍也繞著太陽轉,轉一圈是687天。因爲各轉各的,火星轉一圈要花快兩年的時間,每個月轉的位置不一樣,所以去火星就有嚴格的窗口期,26個月一次,兩年零兩個月才可以去一次火星,一旦錯過這個時間,只能等待下一個兩年零兩個月。那麽到火星去到底幹什麽呢?科學家有一個最大的疑惑,爲什麽太陽系只有地球有生命,而且出現了人類,建立了高度文明的社會,而別的星球連細菌都沒有。大家猜測最多的是火星應該有生命,所以找到火星的生命信息,是人類所夢寐以求的。
  人類探測火星第一步是探測有沒有生命。上世紀60年代,美國和蘇聯開始探測火星,最後表明在火星上沒有發現任何生命活動的迹象。他們相繼進行了火星上水的探測和大氣層中甲烷的探測,以期發現生命活動,結果也是無果而終。中國科學家和日本、德國、瑞士的科學家合作,在北京中國科學院地質與地球物理研究所的實驗室對一塊來自火星隕石中微米級大小的碳顆粒進行了碳同位素組成精細分析研究,結果證明,火星隕石裏的碳是來自生命物質的碳,表明火星曾經孕育過生命或曾經存在過生命活動,這一點轟動了全世界。
  我國計劃2020年實施火星探測,發射衛星繞火星飛行進行全球性遙感探測,火星車軟著陸火星表面進行巡視探測,實施“繞、落、巡”天上與地面聯合探測。在第一個100年到來之前,我們一定能夠獲得新的成果。
  中國要飛得更遠
  我們制定了一個規劃,就是在第一個100年之後的10年,要探測太陽系火星與木星之間小行星帶的各類小行星、彗星並取樣返回。特別是近地小行星,目前已知近地小行星大約有2萬多個,直徑大于1千米的至少有800個,它們軌道各異,撞擊地球的概率比較大,如何防禦和規避近地小行星撞擊地球是科學家的責任。當前人類已經獲得很多來自火星的隕石,但是無法知道它們在火星的具體位置,我們計劃實施火星取樣返回,取回火星岩石樣品,加深對火星起源與演化的科學研究。
  我們計劃還要飛得更遠,飛到木星進行科學探測,古代稱木星爲太歲星,它有79個月亮。在木星的晚上,月亮看起來是成群的,一堆一堆的太漂亮了。我們除了探測木星,還選擇了兩個衛星,一個是木衛四(木星第二大衛星),它上面可能有生命。還有一個是木衛二(木星的第四大衛星),它離太陽很遠,溫度-220℃,幾乎無陽光照射,它表面是冰,冰上有很多裂縫,裏面經常有水柱冒出來,這說明冰層底下是海洋,海洋底部有火山爆發。生命的誕生,第一要有液態水,第二要有能量,第三要有構成生命的主要元素,它都具備,所以科學家猜測在木衛二的海底會有生命存在。
  我們計劃進行星際穿越探測,飛向遙遠的柯依伯帶。探測太陽系空間,探測太陽系的星辰大海,不斷拓展人類的視野。

演講時間:2019年11月20日

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