月球
离开绕地轨道飞往月球或更遥远的目标天体时,你可能会想起早年离家求学或者出去工作时的感受。你可能会在进入太空几天后启程,因为那时太空适应综合征的影响已经自然而然地消失了。你将会被束缚在航天器上,经历一个地月转移轨道推进过程:飞船的火箭点火,带你脱离绕地轨道,快速穿越范艾伦辐射带,然后进入绕月轨道。请回想一下第2章的有关内容,这个过程将需要两到三天的时间。
这段旅途会让人感到很舒服,因为你不用穿宇航服。从脱离绕地轨道开始,中途穿过范艾伦辐射带,到减速进入绕月轨道之前,在这段时间里,你将处于微重力状态。途中的一项主要活动就是看着地球后退而月球变得越来越大。事实上,只有当你离开了近地轨道,你才能看到完整的地球圆盘(也就是完整的半个地球)。到目前为止,只有“阿波罗号”宇航员做到了这一点。
由于地球在自转,所以如果你观察上几个小时,你会看到不同的地表特征和云形。然而,在前往月球的途中,无论什么时候看向月球,你看到的总是同样的表面特征——月球的同一面。换句话说,从地球或者我们与月球之间的太空看过去,月球似乎没有自转。
事实上,月球确实在自转,但自转速度与它随地球[6]转动的速度完全相同,也就是每 27⅓天转一圈。由于这种同步转动,面向地球的总是月球的同一面。人类第一次看到月球背面是在1959年10月7日。那天,苏联的“月球3号”(Luna 3)航天器飞过月球,转向,然后给月球背面拍照。月球背面与我们从地球上看到的月球正面十分不同(见图
9.4)。月球正面有许多深色、相对平坦的月海和多陨坑、多山的高地,而月球背面几乎完全被高地覆盖。
你一定听说过“月球阴暗面”这个说法,人们经常错误地用它来指代月球的背面。月球阴暗面指的是月球背向太阳的那一面,而月球背面指的是月球背向地球的那一面。因此,在不是满月的时候,我们看到的是月球阴暗面的一部分,但我们从地球上绝对看不到月球背面。只有从地球看到满月的时候,月球的背面和阴暗面才会完全重合。
随着航天器接近月球,你会变得忙碌起来。你将再次穿上宇航服,系好安全带,然后飞船火箭发动机点火,启动绕月轨道插入进程。这之所以令人兴奋,主要是因为你将要绕着月球飞行,亲眼看到月球的背面。事实上,整个2016年,只有27个人曾经从舷窗见过月球背面(见图
9.4)。
图片来源:美国国家航空航天局
一旦进入绕月轨道,你就可以与某个绕月空间站对接,再由登陆器把你从那儿送到月球表面。或者,你也可以直接与登陆器对接。在登陆过程中,你从舷窗可以看到特别有趣的景象。退一步说,即便从监控大屏幕上看,景象也一定会十分壮观。灰色的月球表面覆盖着细细的粉状表土(见图1.3),个别地方点缀着坚硬的岩石。表土足够紧实,我们可以在上面着陆,行走,甚至修建居住地。月球居住地的工程设计还有很长的路要走。
月球上基本没有空气,它的重力大约只有地球重力的六分之一。因此,现代火箭技术能够让登陆器轻松地在月球表面着陆,也可以让轨道器很容易脱离月球引力。登陆器降落时,火箭向下喷气,在登陆器的周围吹起大量表土。你将在一片尘土中着陆,看起来就像慢动作跳入水中,四周水花飞溅,场面惊心动魄。如果一切顺利,登陆器将平稳降落在月球表面。事实上,有的登陆器,比如2014年在67P/楚留莫夫–格拉希门克彗星着陆的登陆器,触地后会反弹。随着技术进步,基本不会再出现这种情况。
由于登陆时尘土飞扬,所以登陆点会远离你下榻的旅馆。旅馆很可能位于地下或洞穴里,为的是保护住店客人免受太空碎片撞击和太空辐射。如果登陆点接近居住地,那么飞扬的尘土会沉降在居住地的入口以及附近的运输工具上,形成一层越来越厚的碎片。把居住地建在地下也让我们更容易控制温度。月球白天的最高温度出现在赤道,可达120℃,最低温度出现在两极附近,可达零下210 ℃。到了夜间,随着月球冷却,温度会降到大约零下210℃。
既然登陆点和居住地之间相距很远,你可能会搭乘一辆月球出租车(月球汽车?)前往下榻旅馆。你很快就会注意到,出租车、宇航服以及所有建筑的外表面是多么脏。这是因为,太阳辐射把原子和分子里的电子击出了轨道,大部分表土都带有静电。这样,月球表面的所有东西都会吸住这些尘埃颗粒。它们带着类似火药烧焦的刺鼻气味,非常难闻。
或许有一天,设计师会开发出能够反复除尘的宇航服,这比给所有东西都涂上一层特氟龙[7]要复杂得多,但或许管用。研究这个课题的工程师已经找到了可能的解决方案:带上大量一次性的外罩,披在宇航服外面,可以防止宇航服因尘埃、辐射和其他碎片的撞击而老化。同样,头盔的遮光板也可使用一次性可剥离的塑料膜,类似平板电脑等设备的触摸屏保护膜。
没有大气层的月球更具有浪漫色彩。那里的天空总是漆黑一片,繁星点点,当然地球和太阳的方向除外。从没有大气层的天体或从航天器里看过去,恒星不会闪烁,因为正如我们在本章前面谈到的,闪烁其实是由地球的大气运动造成的。
在白天,月球表面被太阳光照得一片光明,而夜晚却是一片黑暗。
(但是,有少量太阳光被地球反射到月球的阴暗面上。[8]这就是为什么在不是满月的时候,我们常常也能看到一轮圆月。)
月球上的昼夜更替与月相变化的周期相同(新月——蛾眉月——上弦月——盈凸月——满月——亏凸月——下弦月——残月——新月),都是大约29.5个地球日,也就是说,月球上总是连续14.75个地球日的白昼之后接着连续14.75天的黑夜。
月球上的日食
在地球上,当月球遮住太阳时,你能看到日食。同理,当地球运行到月球与太阳之间时,你在月球上也能看到日食。月球上的日食与地球上的月食重合,并且有时发生在满月的时候。这时,在地球上,你会看到地球的影子从月球表面掠过,有时还会覆盖整个月球。[9]在月球上,你会看到(透过一个合适的滤光镜)太阳在地球后面移动,地球大气层呈现出赭色,仿佛地球上美丽的日落。
让我们再来看看你在月球表面还可以做哪些事情。
月面行走
尽管你在地球上接受过各类训练,但想在月球上行走,你仍然需要一个适应的过程。你在月球上的体重大约是在地球上的六分之一。我们的身体已经适应了在正常的地球重力下行走、奔跑、跳跃、弯腰、下落和起身。如果体重突然轻了许多,我们的肌肉反应会异于平常。在环绕地球飞行以及前往月球的途中,你就会经历微重力下肌肉反应异常的极端情况,特别是,这会给本体感觉带来挑战。
正如第4章提到的,学习如何在月球上行走是你离开地球之前要接受的一项训练。如果你的训练是在水下进行的,那么你会发现,走在几乎没有空气的月球上有一种不同的感觉。宇航服增加了你的整体重量,这其实对你有帮助。“阿波罗号”宇航员月面行走时所穿的宇航服在地球上的重量大约是90千克,在月球上的重量大约是16千克。如果你的地球体重是80千克,那么你在月球上不穿宇航服的体重大约是14千克,穿宇航服的体重大约是30千克。即便你已经完成了各种训练,你还是要为自己的首次月面行走做些调整。
学习万有引力定律
月球是学习科学的好地方。例如,大多数人认为,重的物体比轻的物体下落速度更快。其实在地球上,如果你把一张纸团起来,然后让它和一支铅笔从同一高度落下——我刚刚就这样做了,那么铅笔将先着地。然而,发生这种情况的原因并不是铅笔的重力大于纸的重力。因为,如果没有空气阻力,物体质量或者说重量(见第1章)不会影响它的下落速度。为了证明这一点,“阿波罗15号”宇航员大卫·斯科特(David Scott)在没有空气的月球上,从同一高度同时扔下一把锤子和一片羽毛,结果它们同时落地。你可以在网上找到这段视频,你也可以随手拿任何两样东西来做这个实验。在真正理解万有引力的工作原理之后,你就可以继续尝试做一些在月球上做起来会不一样的活动。
体育运动
在月球上,许多体育活动带给你的感受都与在地球上时非常不同。
例如,一个足球在地球上重大约0.5千克,那么它在月球上的重量就是75克。在月球上,如果你踢球的力量跟在地球上一样,那球会飞得更高、更远。同样,如果你在月球上打高尔夫球——1971年宇航员艾伦·谢泼德(Alan Shepard)第一次在月球上打了高尔夫球,那么你的发球会比在地球上好很多。月球高尔夫球班用的球道将比地球上的长出很多。如果你觉得在地球高尔夫球场里找球难,那么想想月球的情况吧:
由于月球表土的静电,球很快就会完全变成土色,你靠颜色是找不到的。因此,高尔夫球制造商可能会在球内安装一个微型无线电应答器,这样,你下载一个应用程序到平板电脑上,就可以追踪球的位置。
总之,对于所有涉及投球、击球或踢球,且用球与地球上一样的体育运动,你都必须重新学习,而且要在更大的场地上进行。如果把球和其他运动器材的重量变成地球上的六倍,那么你就可以像现在这样投球或击球。但是,球仍然会比在地球上落得慢且飞得远。
驾驶汽车
跟在地球上一样,你将乘坐交通工具到不同的地方去。我们有可能设计和制造出适用于月球的内燃机(就像汽车发动机)。汽车不会使用石油或天然气这两样月球上不存在的东西作为燃料,而是会使用液态氢,将它与液态氧一起燃烧。我们将把月球上的水分离成氢和氧,之后液化并分开存储,然后在相当于地球加油站的地方加注到汽车里。
未来的月球上会建设太阳能电网,可以为电动汽车充电。由于每个月连续14.75天的黑暗可能会造成某个地点的电力供应短缺,所以这个电网必须覆盖整个月球。人们应在月球各处布设太阳能电池,它们互相通过电线连接——就像地球上的电线一样,以便在任何地点都有电力供应。电动汽车只要具备几千米的续航能力,就足以载着你去考察月球上形形色色的地质特征,这可能正是你到月球去的初衷。
考察月球上不同的地质特征
国际天文学联合会——主管天体和天体上地形命名的国际天文学组织,已确定了月球的18类地形。最初被列入其中的月槽(fossa,意为狭长的沟)已被重新归类。由于其余的地形彼此之间有重合,所以我在后文将它们做了合并。这里列出的地形并不完全,否则我得写上几百页。
我的目的是让你了解月球有哪些地质特征,以及你未来可以到哪些地方游览。等到你去月球的时候,一定会有针对不同地形的专门游览项目,并让你有机会探索人类之前没有踏足过的区域。
月海
月球有两种截然不同的表面区域,如图9.4所示。月球表面约16%的面积覆盖着相对平坦的深色表土,我们称其为月海(maria,拉丁语,意为海,复数形式是mare),因为我们过去以为那里是海。其余部分是浅色的高地,上面有山脉,陨坑数量比月海里多。天文学家和地质学家仍在讨论月海形成的细节,不过月海似乎是月球刚刚形成时从其内部深处渗出的岩浆所变成的玄武岩。这些岩浆把先前形成的巨大陨坑填满。
跟地球上的情形一样,岩浆一旦流出,就开始冷却和凝固,变成熔岩。
我们通过观察从月球带回来的样本来了解月球的历史。登月宇航员和苏联“月球16号”(Luna 16)、“月球20号”(Luna20)和“月球24号”(Luna 24)航天器带回了月海玄武岩。它们的年龄从32亿年到42亿年不等,而从某个月海附近的多山高地带回来的岩石年龄在39亿年到44亿年之间。
由于月海比月球的其他部分更平坦,所以大多数登陆器都在月海上登陆。等你去月球的时候,不一定非要这样做。既然高地上的地质特征更加多样化,我们很可能会在那里修建商业登陆点。
月溪
月球上还有已经干涸的河床,被称为月溪(rille或rima,rille是德语,rima是拉丁语)。月溪不是水流产生的。跟地球一样,月球可能也有蜿蜒而灼热的地下岩浆河流,流经正在凝固成月海的年轻熔岩。岩浆河流逐渐冷却,停止流动,然后开始凝固。岩浆在从液态向固态转化的过程中发生收缩,因为固体岩石的密度更大,体积就变得比原始的液态岩石小。由于收缩,这些地下河流变成了隧道。隧道上方的玄武岩表面十分坚固,足以支撑下面的空间。然而,几十亿年间,来自太阳和星际空间的粒子把这层岩石粉末化,形成粉末状表土。这样,隧道顶部变得脆弱并最终坍塌,形成了貌似干涸河床的月溪。隧道顶部有可能没有完全坍塌,这意味着有些月溪里可能还有洞穴。在一些已凝固的地下岩浆河流之上,月溪尚未形成,所以可能也有洞穴。
另一个合乎情理的解释是,表面熔岩河流最终凝固,在收缩过程中留下这些蜿蜒的峡谷。天体地质学家仍在争论这两种机理是否是月溪的成因。“阿波罗15号”宇航员大卫·斯科特和詹姆斯·欧文(James Irwin)把月球车开到了哈德利溪(Hadley Rille,见图9.5)。这条月溪的名字取自18世纪英国数学家和发明家约翰·哈德利(John Hadley,1682—1744)。你很可能会去一条月溪看看,以便研究它的性质,还有那些据说仍然存在的天然隧道。
悬崖
月球上也有悬崖(scarp或rupe)。如前文提到的,液体凝固或气体液化时体积会变小。在几十亿年的时间里,月球熔融状态的内部逐渐冷却和凝固,体积不断缩小。然而,在表面凝固的同时,内部仍然是熔融状态。随着内核冷却和凝固,内部岩石的体积变小,留下了一片空间。
固态表面无法随之均匀地收缩,有的部分比其他部分收缩得更快一些,从而在收缩速度不一致的地方形成了悬崖(见图9.6)。这就好像水果随着内部水分流失而皱缩的过程。
图片来源:美国国家航空航天局
图片来源:美国国家航空航天局、戈达德太空飞行中心(Goddard Space Flight Center)、亚利桑那州立大学(ASU)、史密森尼学会(Smithsonian)
目前月球上已知的悬崖有80多个。“阿波罗15号”[10]宇航员大卫·斯科特和詹姆斯·欧文艰难地驾驶月球车爬上了林肯崖(Lincoln Scarp)和李崖(Lee Scarp)的交汇处。你可能会在那里的崖壁上看到一些有趣的地质特征,它们记录着月球的早期历史。
洋
风暴海(Mare Procellarum)面积巨大,所以被命名为风暴洋(Oceanus Procellarum,图9.4左图中央靠左的那片巨大的深色区域)。
这是唯一称得上“洋”的月海。
月沼
月沼的名称palus是拉丁语,复数形式是paludes,意为沼泽。我们已经在月球上发现了3个月沼,分别是疫沼(Palus Epidermiarum)、腐沼(Palus Putredinis)和睡沼(Palus Somni)。月沼相对平坦,面积比月海小(见图9.7)。这些不太好听的名字与该地区已知的负面因素无关。无论是月沼还是月球表面的其他部分都不存在液态水。
图片来源:美国国家航空航天局、亚利桑那大学
平原
平原的名称planitia是拉丁语,意为平原,指面积相对较小的平坦区域。德森萨斯平原(Planitia Descensus)是月球上唯一得到正式认定的平原(见图9.8)。相比之下,火星上有10个这样的平原。
图片来源:美国国家航空航天局
山
月球的高地上有许多山和山脉(mons,拉丁语,复数形式是montes)。地球山主要是几百万年来构造板块运动的结果。不同的是,月球山是大块太空碎片撞击月球表面的结果,形成过程只需要几个小时。这些撞击把靠近表面的地层向外推。由于不是所有的地层都能侧移,所以一些地层向上移动,便形成了山脉(见图9.9)。
这条山脉在登陆点盆地上方绵延大约1.6~4.8千米。
图片来源:美国国家航空航天局、约翰逊航天中心(JSC)、亚利桑那州立大学你或许可以爬上月球山,因为很多山的坡度相对平缓,当然也因为你更轻——即便你穿着全套的宇航服。与月海一样,大部分山的两侧山坡看起来都是粉状表土。这对特别陡峭的山坡来说会是一个问题,因为表土更容易滑下山坡,引起山体崩塌。
陨坑
[11]
陨坑可能会受到月球旅行者的青睐。据天文学家所知,月球上几乎所有的陨坑都是太空碎片撞击造成的,而地球上大部分与之相似的环形山源于火山活动。(据报道,月球上也有一些小型火山的遗迹。)新形成的陨坑有几个显著的特征。撞击物的质量越大,撞击月球时的速度就越快,那么留下的陨坑也就越大。当物体撞击月球表面时,碎片会从撞击点飞溅出来,这类似于你在地球上把石头扔到水里的效果。
正如前文提到的,除非石头垂直落到水里,否则水会优先向石头的运动方向飞溅。然而,对月球来说,大多数撞击体的速度如此之大,由此产生的爆炸使喷出物向所有方向飞溅。这就是为什么月球上的陨坑都是环形的。
从撞击点喷出的碎片被称为喷出覆盖物。最初,喷出覆盖物比周围的表土平滑和明亮。但随着时间的推移,太阳风粒子和宇宙射线的撞击会使喷出覆盖物变暗。通过观测喷出覆盖物的亮度,天文学家能够估算出陨坑的形成时间。最终,喷出覆盖物会变得与周围的表土一样暗淡,再也无法辨别。
月球陨坑还有一个普遍特征,那就是坑壁。爆炸一般的撞击把碎片往陨坑外面推,从而形成了坑壁。这些结构松散的粉状岩石可能会出现滑坡,而且的确出现过。有些坑壁如此脆弱,以至于一部分坑壁滑回陨坑。例如,一块太空碎片落到撞击点附近的地方,引发的月震把坑壁上的表土震松,这时就会出现这种情形。
有些撞击的影响如此巨大,以至于陨坑的中间部位被剧烈压缩再弹回,从而形成一个中心丘或中心环。这种陨坑被称为复杂陨坑,图9.10a展示了这种地形。图9.10b 展示的是广泛分布在月球上的陨坑。
图片来源:美国国家航空航天局
你可以自由选择去看哪个陨坑。不论你选哪一个,都要当心,以免滑下坑壁,把宇航服摔坏。你还要注意,如果有人站在你的下方,不要做出可能引起坑壁滑坡的事情。但你或许可以踩着滑雪板一样的东西滑下去,这尤其适用于陡峭的坑壁。能不能这样做,还要看坑壁的稳定性和表土的黏度,这些因素决定你滑下去的难度有多大。
岬[12]
高地与月海的边界处往往充满有趣的地形。事实上,很多山脉延伸到月海里面。在地球上,类似的地形被称为岬,所以太空天体上的这种地形也沿用了这个名字。月球上共有9个岬。图9.11展示的是赫拉克利德岬(Promontorium Heraclides)和拉普拉斯岬(Promontorium Laplace)。
月湾
月湾的名称sinus是拉丁语,意为弯曲的表面。月球的这种地形通常看似地球海岸线处的海湾。从月球内部流出的熔岩将陨坑填平,便形成了月湾(见图9.11)。
登陆点
对那些喜欢历史的人来说,20世纪和21世纪早期航天器的登陆点会有巨大的吸引力。当你去月球的时候,“阿波罗号”飞船的登陆点(见图
9.12)和苏联月球车的活动点极有可能被宣布为国际地标,严禁人们移动纪念品和踩踏早期宇航员的足迹。对于这些史料,还有一个可能的选择:把原始物件全部带回地球,存放在博物馆里,然后把复制品放在原地,但仍然不对游客开放。无论怎样,你到这些地方参观时,都能找得到导游。
图片来源:美国国家航空航天局、戈达德太空飞行中心、亚利桑那州立大学
月湖
月湖的名称lacus是拉丁语,意为湖泊。月湖是月球表面的洼地。如果里面曾经有水的话,我们会把它称为湖泊(见图9.13)。我们目前已在月球上发现了20个月湖,在其他天体也发现了一些这样的湖泊。
图片来源:美国国家航空航天局
山脊
我们上面提到的月海中有各种各样的构造。其中细长的土丘被称为山脊(dorsum,拉丁语,意为背部,复数形式是dorsa),富有诗意的叫法是皱脊(wrinkle ridge)。它们经常形成平行组,延绵几百千米(见图9.14)。对所有月海来说,在熔岩冷却和收缩的过程中,都会形成山脊,从而使一些碎片高于周围的表面。
反照率异常区
月球上有些地方异常明亮,据说这些地方具有高反照率。反照率代表一个天体的表面或上云层将入射光直接反射回太空的百分比。反照率异常区(albedo feature)是月球表面反照率显著异于周边的区域。月球正面有一个反照率异常区,称为莱纳伽马(Reiner Gamma,见图
9.15),还有几个位于月球背面。莱纳伽马特别有趣,因为这片明亮的区域呈现旋涡状。反照率异常区的成因尚不清楚,但可能是月球一面遭受撞击时在另一面形成的局部磁场或能量聚集的区域。我们观察到水星上有这样的区域。
坑链
月球上的大部分陨坑是随机分布在月球表面的,但也有一些例外。
坑链(catena)是一串基本连成一线的陨坑。这些陨坑由一系列碎片——比如与月球在同一轨道上运行的彗星残骸——撞击月球而形成的(见图9.16)。其他解释正在研究中。到目前为止,我们已经在月球的正面和背面发现了20条坑链。
月谷
月谷的名称vallis是拉丁语,意为山谷。月谷的形成有多种方式。有些是月球表面不均匀沉降的结果(见图9.17)。有些是由一串相邻的陨坑组成。还有一些从大陨坑辐射开来,或许是造成大陨坑的撞击留下的。
图片来源:美国国家航空航天局、美国地质调查局(USGS)、美国月球与行星研究所(LPI)
参观月球表面的开口和隧道
月球接近表面的地方可能存在很多隧道。如前文所说,太空地质学家认为,至少有一些月溪是地下岩浆河流坍塌形成的,其中有些可能还有洞穴。如果这些隧道——被学者称作熔岩管道——真的存在,那么你就能去那探索,就像我们到夏威夷、冰岛、西班牙、葡萄牙以及北美洲的很多地方,去探索地球上的熔岩管道一样。
天文学家还发现月球表面有一些开口(见图9.18)。它们可能是熔岩管道上壁坍塌后留下的——这种情况地球上也有,但或许还有其他成因。它们通向哪里尚不清楚,但是如果你住的旅馆足够近的话,你可以去参观一个开口,下面说不定还连着一条隧道。实际上,你的旅馆可能就建在一个开口里面。
使用望远镜
除了参观月球的自然和历史遗迹外,你还可以透过强大的望远镜研究天体(包括地球)。我们已经计划在月球背面架设研究级望远镜。月球没有大气层,所以我们可以全天候使用这些望远镜。由于月球没有大气层散射太阳光,所以太阳光不会射进望远镜,除非你把望远镜直接对准太阳。月球背面是架设射电望远镜的理想地点,因为在一般情况下,射电望远镜需要排除地球上其他无线电发射源的干扰,比如手机和电台。来自地球的辐射已被月球吸收,不会到达月球背面。
把天文台建在月球正面不如建在月球背面,因为从月球上看,地球是一个巨大的亮点。此外,地球大气层发出的光会放大目标区域,导致望远镜无法瞄准。尽管如此,对月球正面的旅馆和居住地来说,给客人和居民提供中型望远镜仍然具有吸引力。在行业里,我们把这种望远镜称为1米望远镜,也就是物镜口径为1米的望远镜。经由这种望远镜的放大,数百万个有趣的天体将会呈现出令人叹为观止的景象。此外,由于月球没有大气层,所以进入望远镜的光不会闪烁。正如前文所说,这可以使图像比从地球上看去更为清晰。
参观月球上的专业天文台与访问地球上的同类天文台一样,会让你拥有一个无与伦比的视角来研究天文学。这里的望远镜将会连续工作,并把收集到的图像实时显示在监视器上。因此,你可能有机会发现正在形成过程中的宇宙新景。
参观水开采装置
随着月球得到开发,我们可以在那里建设开采和生产装置,而第一个要建的或许是水开采装置。月球虽然看起来贫瘠,但天文学家发现,月球表面以下的很多地方都有水冰和与水有关的化合物[14]。我们发现,在太阳光永远照不到的两极附近,许多陨坑里都有冰。据估计,这些由富含冰的彗星和小行星碎片带来的冰有好几立方英里[15],而且整个月球表面到处都有可以生成水的分子,用这些分子可以生成与两极的水冰等量的水。看起来原料很充足,这使月球上的水开采具有经济可行性。
你可能会惊讶地发现,原来太空中的水比地球上的水用途更多!在所有非传统用途中,第一个就是将水分解成氢气和氧气。这通过电解来完成,所用电能由太阳能电池板提供。如前文提到的,获得的氢气和氧气将分别存储在储罐中。
有些氧气可以用来呼吸。
我们还可以将氢气和氧气重新结合,用于加热和发电。氢氧结合并点燃时,会产生热量和水蒸气。在月球上,这个过程可以在受控条件下用地球锅炉的等效设备来完成。释放的热量可以在夜间给居住地供暖,或者用来发电、驱动车辆。这些合成水冷却后可以饮用,也可以用于其他“常规”用途。
氢气和氧气也可以用作火箭燃料。将大量的氢气和氧气结合并点燃,然后让这些灼热的气体以受控气流的形式喷射出去,这就是火箭。
因此,电解水得到的氢和氧可以当作火箭燃料,为航天器登陆月球、离开月球和在轨道上候命提供动力。
收集月岩样本带回地球
离开地球进入太空的一个最大问题是火箭和所载货物的重量。总重量越大,进入轨道所需的火箭燃料就越多。这个问题如此关键,以至于我们对带离地球的每样东西都要计较到最后一克。月球上的物体重量较小,所以我们可以制造能够在月球上登陆、携带很大质量进入绕月轨道的火箭,也可以制造在环地空间站中转的地月太空穿梭机,用来把你收集的月岩带回地球。这两种做法都是经济可行的。因此,每位月球访客都可能带回至少几千克的月岩。这就是为什么会安排你到月球上岩石丰富的地方去收集月岩。
对于“阿波罗号”宇航员带回地球的月岩,我们充分了解其地质属性,但这些岩石样本太少,远未达到月球地质学家的期待。等到你去月球的时候,我们会更清楚应该挑哪些岩石带回来,所以你值得花些时间和精力去了解哪些岩石最有价值。还要记住,在地球上发现宝贵的矿物——比如1867在南非发现钻石,这种事情往往都是偶然的,你在月球期间说不定也会偶然发现某种独特的矿物呢。
观察月面暂现现象
几百年前,就曾有人报告说看到月球某些地形的短暂变化。这些事件大多被描述为出现明亮的闪光或颜色爆发,一部分可能是由第7章讨论的太空碎片引起的,其余事件(如果确实发生过的话)发生的缘由,我们目前还不清楚。判断这些事件是否属实的难点在于,它们如此短暂,以至于每次发生时通常只有一个人看到。传统上,我们把这称作月面暂现现象,现在也叫作暂现月面现象。一个特别神秘的报告来自“阿波罗11号”宇航员。下面是美国国家航空航天局记录下来的部分对话:
布鲁斯·麦克坎德雷斯(Bruce McCandless,在地球上):收到。如果你们在上面有时间的话,我们这里有一个观察结果。有报告说在阿利斯塔克[16]附近出现月面暂现现象。
完毕。
尼尔·阿姆斯特朗(Neil Armstrong):我们现在正向北去往阿利斯塔克。
迈克尔·柯林斯(Michael Collins):嘿,休斯敦[17]。我现在正在向北边的阿利斯塔克看去,我真的没法从这个距离辨认出我看到的是不是阿利斯塔克,但有一块区域明显比周围亮。那里刚刚——看起来好像——出现了微量的荧光。能看到一个陨坑,陨坑的周边很亮。
巴兹·奥尔德林(Buzz Aldrin):休斯敦,我是“阿波罗11号”。现在正在看向同一个区域,看起来确实反射了一部分地照。
我不确定计算结果是不是零相位到……呃,至少那个陨坑的一面坑壁看起来比其他面更明亮,而且,那面坑壁——如果我们跟地球在一条线上的话——看起来确实差不多在零相位上。那片区域绝对比我从这边舷窗看到的其他任何东西都亮。我不确定是不是真的看到了磷光,但那绝对比周围的任何东西都亮。
这段讨论持续了大约半个小时。
如果月面暂现现象真的发生了——我猜确实发生过,那么引起这种现象的原因有很多:小块太空碎片撞击月球时飞出来的碎片,气体从月球内部逃逸,太阳高能粒子撞击月球产生的静电电荷引起的一些气体流动。如果你知道会出现这种现象,你就能更好地去寻找,要么在发生的时候直接去找,要么在发生后观看实况录像。人们看到的月面暂现现象越多,科学家就越容易发现这种现象的本质和成因。
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