北大教授焦维新解析嫦娥探月四大任务

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　　本期做客新浪网“嫦娥工程系列访谈”的嘉宾是北京大学地球与空间科学学院教授、中国空间科学学会空间探测专业委员会副主任焦维新教授。焦教授解析了嫦娥一号的四大任务及新一轮世界探月热潮。以下为访谈实录：

　　主持人：焦教授，嫦娥一号马上要发射了，会掀起新一轮的探月潮。人类探月应该有50年的历史了，先简短回顾一下这段历史。

　　焦维新：人类探月球的历史还是比较悠久的，在1957年苏联发射了第一颗人造地球卫星之后第二年，就是1958年，人类就开始了探测月球的尝试。整个人类探测月球的历史可以归为以下几个阶段：

　　第一个阶段是一个高潮，从1958年一直到1976年，这个阶段发射的各类探测器是最多的。从1977年到1993年是一个寂静期，没有专门的月球探测器，只是有一些卫星在探测别的天气的时候路过月球。从1994年到2006年，这一段时间发射了几颗专门的月球探测器，然后形成新的高潮。从今年开始，2007到2008这两年月球探测达到一个新的高潮。总体来说，这是这三个阶段。

　　主持人：那我们的嫦娥工程应该算在新高潮里面了。

　　焦维新：对。

　　主持人：刚才讲到了世界探月的历史，现在谈一谈中国嫦娥工程的历程。首先从这个名字开始。这个名字是怎么来的？

　　焦维新：在嫦娥工程正式立项之前，国内学者召开了很多次研讨会，我自己参加过两次。我记得在科学院主办的一个月球研讨会上，我代表空间科学技术专业的几名老师发言。第一条我就明确提出，为了使广大的百姓对月球探测关心、理解和支持，建议将未来的月球探测计划取名为嫦娥计划。后来又开了一些研讨会，最后定为叫做嫦娥工程。我想我们提出嫦娥计划，可能是后来嫦娥工程名称的来历之一吧！(笑)

　　主持人：本次嫦娥工程有四大任务中，第一个就是要做一个比较全面的月球立体图。请问什么样的图是立体图？我们通过什么方法来探测？

　　焦维新：以地球遥感卫星举例来说，遥感卫星在地球表面扫描以后，我们就能看到地表的形态，但是看到的是一个平面图。相比之下，立体图更加逼真，哪里有山，哪里有峡谷，哪里有陨石坑，一目了然。立体图的原理是这样的，一般的遥感卫星有两部摄像机，向下拍摄的时候形成一定的夹角，然后通过专门软件对数据进行处理，得到一个合成的图象，就是立体图。

　　主持人：怎样保证能看到月球上的每一个地方呢？

　　焦维新：嫦娥一号基本是一个极轨卫星，轨道经过月球两极。卫星绕着月球在转，同时月球也不断的自转，这样的话我们一次可以看到100多公里宽的带，经过一段时间以后，就把整个月球表面就覆盖了。

　　主持人：那把月球全部覆盖大概需要多长时间？

　　焦维新：月球因为自转比较慢，一个月才自转一圈，像地球自转比较快，地球的遥感卫星一般10余天就可以把整个地球都覆盖过来。覆盖月球至少一个月以上，一次100多公里，一点点就把它整个都覆盖了。

　　嫦娥一号将搭载1台CCD立体相机和1个激光高度计。激光高度计完成月面每个探测点的海拔高度测量，这些数值与CCD拍摄的高精度图像相叠加，就是一幅全面的月球立体图。

　　主持人：当我们获得了月球表面的三维影像之后，是不是也要出一个我们自己的月球的图？

　　焦维新：那肯定是大家非常期盼的。特别是这个图是由我们国家自己的卫星拍出来的，又是三维的。我们看到这个图肯定感觉格外亲切，这是中国人几千年的梦想，“嫦娥奔月”的梦想成真了。

　　主持人：为了完成月球探测的第二个任务，探测月球上矿物元素，我们需要带什么探测仪器？

　　焦维新：我们是用光谱分析的办法，探测月球上的多种矿物元素。嫦娥一号携带了伽马/X射线谱仪。

　　主持人：嫦娥一号的第三个任务是分析月球的土壤的厚度，要通过什么方法来实现呢？

　　焦维新：月壤厚度是我们非常关注的一个问题，一是月壤里含有重要资源“氦3”，二是将来月球车会在月壤上行驶，需要了解月壤的一些特性。我们用微波遥感的方法探测月壤厚度，在卫星上发射一束电磁波，电磁波经过一定穿透深度后在月球表面反射，那么我们分析穿透深度就能得到不同地方月壤的厚度。原理是比较简单的，但实际上要想准确得到这个厚度还有其他方面的工作，比如电磁波是在哪个地方穿透多大的深度？在什么地方反射回来？还需要对月壤本身的电性质有所了解，现在我们只能根据国外提供的数据来进行分析。当然这种方法也有空间分辨率较低的缺点。

　　主持人：您刚才说，分析月壤的特性是为将来月球车登月做准备，那分析月壤厚度有什么作用呢？

　　焦维新：因为月壤里有一种重要的资源叫“氦3”，可以作为未来可控核聚变的一种燃料。氦3是来自于太阳风，由于月球没有强磁场，又没有大气层，所以太阳风就可以直接打到月壤上。经过几十亿年的积累，月壤里面含有比较丰富的氦3。所以我们要探测月壤的厚度，由此估算各地方氦3的含量。

　　微波遥感还可以探测一些挥发物存储的情况，特别是关于水冰的情况。是不是含有水冰，这也是人类在探测月球上非常关注的问题。当然这不是我们这个仪器的强项，以前美国在这方面也做了大量的工作，认为极区里面还有水冰，但也有科学家持不同意见。

　　为了探测地月空间环境，嫦娥一号上面携带了粒子探测器，探测月地之间的空间环境，以及太阳风的情况。这是它的第四个任务。

　　小标 新一轮探月热潮为人类重返月球做准备

　　主持人：好，刚才焦教授为网友们讲解了嫦娥工程的4大目的。那您也提到，从2007年开始进入第二轮的探月热潮。在这个探月热潮里，除了我国的嫦娥工程，其他国家也有探月计划，请您分析一下当前以及未来国际探月的形势？

　　焦维新：从最近两年来看，探月达到一个小的高峰，今年9月13日，日本发射“月球女神”探测器；明年，印度将发射“钱德拉扬1号”探测器，还有一个一个重头戏是美国要发射月球勘察轨道器和撞击器。美国这两个探测器很可能对月球探测产生深远影响。

　　日本的“月球女神”这个探测器的功能还是比较强的，它是阿波罗探月以来最大的一个探测器，重达3吨，由三颗卫星组成，有一个主卫星还有两个小卫星。这两个小卫星有一个是叫做“中继”卫星，主探测器把探测数据转到中继卫星上，保证主探测器在月球背向地球那一面时保持同地球的通信。

　　印度 “钱德拉扬1号”值得注意的是它有四个仪器是美国和欧空局赠送的，只要卫星工作正常，肯定会得到更多的科学反映。

　　2008年10月，美国要发射月球勘察轨道器，约一吨重，将携带比较精密的仪器。它在地面的分辨率是0.5米，一些小的陨石坑都能看得比较清楚。这个月球勘察轨道器很重要的目的是为人类重返月球做准备，包括选择着陆点等。

　　还有一个重要的问题，就是说月球水冰之谜，到底月球极区陨石坑里面有没有水冰。这个问题非常关键，如果真的是有水冰的话，将来人类重返月球就不用从地面带水了，我们可以到极区提取水冰。

　　除月球勘察轨道器外，美国的火箭还将带去一颗700公斤的卫星。火箭同小卫星分离后，撞入人们一直认为可能有水冰的地方，由小卫星在上面拍照分析。随后这个小卫星也将撞入附近可能有水冰的陨石坑，由之前先同火箭分离的月球勘察轨道器进行拍照。

　　主持人：这次探测要两次撞击月球。

　　焦维新：对，两次撞击，而且撞击的能量都比此前月球勘探者的撞击要大得多。

　　主持人：而且监测的话也更加精密。

　　焦维新：对，所以有没有水冰，应该说我们这一次就可以看个究竟了。2007到2008正式纳入探测计划的有这么几个卫星。德国和英国也将要独立开展月球探测，他们的仪器还是比较先进的。如果这两个国家也加入到月球探测的行列，那时候人类对月球科学的了解可能会更深入，竞争也会更激烈。

　　主持人：月球上有没有水冰，是一个由来已久的疑问，过往对水冰的探测情况怎么样？

　　焦维新：根据探测美国认为应该还有水冰，美国发射月球勘探者卫星，一个很重要的目的就是探测月球极区是否有水冰。中子探测器发现月球极区对中子的吸收非常强，可以断定极区的氢含量特别多。

　　主持人：而氢元素又是水的重要组成部分，但氢元素未必以水的形式存在呀？

　　焦维新：对。有人不同意月球上有水冰，那你氢不一定以H2O(编者注：水分子)，以水的这个形式存在，也可能它单独存在，或者以其他形式存在。因此在月球勘探者要完成使命的时候，给它一个指令，让它一头撞到这个陨石坑上。如果有水的话，可以想像，探测器高速撞到冰上会产生很多的水蒸气和烟雾，然后空间的望远镜和地面的望远镜都对准这个地区，指望奇迹发生，可以探测到水。

　　但是遗憾的是，不管是地面的望远镜还是太空的望远镜，什么都没有发现，也没有发现烟雾。对此，有几种解释：水还是有的，但探测器没有正好撞到这个陨石坑里面；第二种解释就是水冰还是有的，但水在含水矿物里面，探测器能量不足以把含水矿物的水给撞击出来；第三种解释也是说水冰还是有的，但是这个陨石坑太深了，撞出的蒸汽不足以飞出这个陨石坑；第四种解释埋怨说，可能地面望远镜瞄准的方位不对；第五种解释承认，可能氢就是以氢气的形式存在，不以水的形式存在。因此月球是否有水冰，显然是一个谜，并不是像有一些勘探说得含有丰富的水冰。

　　主持人：对，所以说我们到了月球还有没有水，其实也是人类希望慢慢去探索的。

　　焦维新：对，还要进一步探索解决的问题。

　　主持人：您刚刚提到2007年和2008年的探测是为了人类重返月球而做准备。人类大概在什么时候可以实现重返月球？重返月球的目的是什么？

　　焦维新：在两年之前，美国总统布什宣布，美国已经制订了重返月球计划。按照这个计划，大概在2018年人类的航天员将重新登陆月球，大概在2018到2020年期间。

　　主持人：这是美国的计划。

　　焦维新：对。1969年人类已经登上了月球，四五十年以后，为什么还上月球呢？因为过去上月球很大在于美苏冷战时期政治上的斗争，现在人类重返月球是对月球进行全面深入的观测以及围绕着月球资源的开发和利用等方面进行研究。从科学的目标来看，大致可以分成这几个方面。

　　一是关于月球本身的科学，起源、演变等等这些问题。第二是在月球上来自于月球的科学，利用月球的环境，进行比如空间站的观测等等。第三是在月球上的科学，一旦人类重返月球，就带来了新的科学，跟人类在其他星体上安全健康地生活、工作等等有关的学科。嫦娥一号成功以后，这仅仅是我们长远目标的其中一个，因为我们目标涉及到绕、落、回。

　　主持人：把话题拉回我国的探月计划，我们有没有宇航员登月计划？

　　焦维新：绕、落、回，这是我们基本的目标。我的理解是我们分三步走，但不等于每一步只发射一颗卫星。第一步“绕”，我这么想像，嫦娥一号发射成功以后，如果我们有了新的仪器和新的科学目标，可能再继续发射两个或者更多绕月卫星。那时我们仪器更先进，目标更明确，会得到更多的科学反馈。第二步“落”，意思是我们要发射月球车进行软着月。第三步“回”，月球车取样结束后，一个探测器会点火起飞，克服月球引力场返回地球，然后像返回式卫星那样，通过降落伞减速等措施安全落到地面。

　　有网友问，中国有没有载人探测计划。至少我了解，我们还没有制定载人的探测计划，但是随着技术进步和经济发展，可能我们在探月发展到一定阶段以后，不排除制定载人探测月球的计划。

　　月球可以作为人类探索其他星球的一个中转站。把太阳系比作一个海洋，那么月球就是离我们的大陆最近的一个海岛，是我们探索海洋奥妙的一个中转站。所以人类无论从科学探索的角度，还是验证新技术的角度，都非常关心对月球的探测。

　　主持人：好，非常感谢您给我们网友做了这么详细的一个解答，相信大家有很多疑问都已经从这个访谈里面获得了解答。谢谢！