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嫦娥六号返回地球：月球南极到底“藏”了什么？

发布时间: 2024-06-27 08:10:54 来源：中国科普博览

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嫦娥六号探测器着上组合体在2024年6月2日成功降落月球南极的艾特肯盆地，6月6日完成环月轨道对接与在轨样品转移，在25日左右返回地球。

嫦娥六号在50多天的任务周期内，先后实施了环月逆行、智能采样、月背起降等高难度操作，将月球南极附近的月壤样本带回地球。

图片来源：新华社

嫦娥六号落月的降落点位于艾特·肯盆地，距嫦娥四号着陆点的位置不算太远，艾特·肯盆地的特点在于曾经遭遇过大规模的撞击，形成的撞击坑直径大约2500公里，深度为13公里。

南极艾特-肯盆地的大致位置

（图片来源：NASA）

可想而知月球南极在经历了如此剧烈的撞击后，大量的月幔物质有可能被抛射至表面。根据月球轨道勘测的数据，艾特·肯盆地的铁、钛等元素丰度较高，其他矿石也比周围更丰富，因此在该盆地采集样本并研究，对于揭开月球演化历史之谜有重大意义。

此外，艾特·肯盆地位于月球南极，这意味着表层物质中可能有冰物质。根据美国LCROSS探测器在2009年撞击月球南极卡比厄斯撞击坑的数据，该撞击坑中存在水冰物质的证据。以及在月球南极的永久阴影区内，也有可能存在水冰物质。这些都是当前人类对月球南极是否有水冰物质的最新研究成果。

我们通过嫦娥6号将这些月壤样本带回，就可以进一步确认水冰物质是否存在。

从月球返回的难点

有了嫦娥五号的返回经验，嫦娥六号这一过程也进行得非常顺利。首先启动上升器从月面起飞，在月球轨道上与轨返组合体对接，将采集的样品容器转移到返回舱中，接着上升器与轨返组合体分离。此时轨返组合体要在环月轨道上等待合适的时机，启动发动机进入月地转移轨道。

环月轨道类似于大城市的三环、四环这样的外环高速，月地转移轨道就像连接两个城市之间的高速公路，轨返组合体进入月地转移轨道后，就直奔地球而来。由于地月距离太远，在月地转移轨道上的轨返组合体要经过多次轨道修正，才能有效控制进入地球大气层的方向和角度等。

航天器从月球轨道返回地球的示意图

（图片来源：新华社）

最后，轨返组合体预计在距离地球5000公里的位置解锁分离，轨道器实施规避机动，返回舱则继续前行，大约在距离地面120公里的位置进入地球大气层，经过气动减速、滑行等一系列程序后，最终着陆在预定区域。

返回这个过程的难点有多个，比如嫦娥六号上有多个组合体，在每个阶段需要进行对接和分离。返回时需要对接上升器，转移完样品之后要实现分离，轨返组合体也需要靠近地球时“说断就断”，这些分离面要确保能顺利工作，这是难点之一。

还有，在38万公里之外的月球轨道上进行上升器与轨道器的交会对接，没有导航卫星的协助，这就需要我们掌握先进的测控技术、航天器对接技术等，才能确保这个过程万无一失。

嫦娥六号上升器与返回组合体对接示意图

（图片来源：CCTV）

从月地转移轨道返回时，航天器的速度很快，接近第二宇宙速度，比我们以往载人航天返回大气层的速度快得多，因此所带来的热控制、测控对航天器都有较大的影响。这一切的结果是，我们拿到的是大约2千克的月壤样本，嫦娥五号当时带回了1731克样本。

嫦娥五号带回的1731克月壤样本开箱现场

（图片来源：新华社）

这里还有一个细节需要注意，从地外天体上带回样本，要确保装样本的容器在发射前和返回地球后不受地球环境污染，否则如果有一些重大发现，就无法确定是否来自地外天体。日本隼鸟号探测器就遇到类似的问题，返回舱可能被地球环境污染，导致无法对结果下定论，无法确定相关物质是否来自小行星。

目前在月球探索方向上，只有中美苏从月面带回样本，美国在阿波罗登月工程时期带回了月岩样本，苏联时期通过月球系列无人探测器获得了月球表面的样本，再者就是我们的嫦娥五号和六号。

但嫦娥六号的意义在于，我们从月球背面获得南极附近的月壤样本，从稀缺性、科学性角度看，嫦娥六号的意义是非常重大的。

嫦娥六号任务亮点与战略意义

嫦娥六号任务亮点是在月背的南极附近着陆并取样返回，第一，人类目前没有获得月球背面的月壤，美苏时期带回的月壤样本都是月球朝向地球的这一面；第二，月球南极附近的月壤是科学界长期重点关注的内容，也是美国宇航局阿尔忒弥斯计划登陆的预选区，这关系到未来人类文明如何开发月球，毕竟水是维持人体正常运转的必需物质；第三，我们进一步验证了从月面返回地球的操作流程，为今后载人登月奠定了基础。

根据NASA过去对月球南极研究所取得的数据，发现这里的月壤中有水冰物质的关键证据。2009年的LCROSS探测器撞击月球南极，在形成的巨大羽流中，科学家探测到羟基的光谱特征，表明在卡比厄斯撞击坑底部存在水冰物质的证据。

印度的月船一号探测器搭载的矿物测绘仪也探测到，月球表面存在低浓度的羟基特征。美国宇航局平流层红外天文台也证实了，水可能分布在月球表面，而不局限于部分撞击坑边缘附近的永久阴影区。

印度月船一号绘制的月球撞击坑内部水冰物质分布证据

（图片来源：WIKI）

显然这些已取得的科学成果，让载人登月变得更有战略意义，如果我们能在月球上解决水源的问题，就不需要使用运载火箭将水从地球上运到月球，以满足月面栖息地的需要。这一点对于有望未来长期在月球表面活动的人类而言，是至关重要的。

除此之外，科学家还认为水还可以用于生产氢气，进而作为火箭燃料。一方面解决人类在月球长期停留的水资源问题，另一方面还能对火箭燃料的生产形成贡献。从这两个方面讲，嫦娥六号的战略意义是非常重大了。

我们可以直接拿到月球南极附近区域的真实月壤样本，对于掌握水资源在月面的真实含量有重要帮助，至少我们可以确定嫦娥六号登陆点是否有水冰。如果有，这里可以作为我们未来载人登月或者月面栖息地的预选区。

将来我们还要做些什么

在嫦娥六号之后，我们已经公布了嫦娥七号和嫦娥八号探测器。根据公开的数据，嫦娥七号将由轨道器、着陆器、小型飞跃探测器和巡视器组成，探测器发射质量约8.2吨，设计寿命长达8年。

从这个组合可以看出，嫦娥七号侧重空地一体，对月球南极的环境与资源进行勘察，进一步掌握月球南极的月表环境、水冰物质的分布和存量，建立对整个月球南极全面的资源感知能力。

嫦娥八号探测器将建立中国月球南极科研站的基本雏形，预计在2029年左右发射，标志着中国在月球科研站方向迈出里程碑式的一步，预选位置也大致确定在月球南极附近，进一步开展月面巡视和探测。

我国预计在2030年代建立月球科研站

（图片来源：CCTV）

从中国航天月球方向的发展规划看，嫦娥六号取回的月壤样本是极为关键的，后续的探月工程将以嫦娥六号所取得的成果为依据进行展开，为最终建立月球南极科研站、月面栖息地奠定基础。

参考文献：

[1]NASA：Clementine和Lunar Prospector成果摘要

NASA：月球上的水和冰

[3]维基百科：嫦娥七号

出品：科普中国
制作：川陀太空（科普创作者）
监制：中国科普博览

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