文/從容

對于阿波羅登月計劃，人們至今不會忘記阿波羅11號航天員阿姆斯特朗留在月球上的第一個腳印，雖然它遠在38萬公里之外，卻如同就在眼前一樣清晰；也會清楚記得他那句“一小步”和“一大步”的名言，雖然事隔近半個世紀，卻依然那么振奮人心。至于除此之外的其他內容，許多人可能就說不上什么了。其實，航天員踏上月球僅是一個開場，更多的好戲還在后頭。

阿波羅12號航天員皮特·康拉德拿著剛裝進月球土壤的真空環(huán)境標本容器罐

政治夾縫中的探索

可以說，前幾次阿波羅登月的政治意義明顯大于它的科學意義。特別是阿波羅11號的登月成功標志著美國達到了預期目的：與蘇聯(lián)的太空競賽最終將對手摔倒在月球上。隨后的幾次登月又進一步證明這個決定性的勝利決非偶然，證明了美國是一個想干事一定能成事的國家。然而，到1970年4月阿波羅13號發(fā)射時，公眾已經(jīng)對登月飛行興趣索然，一些人甚至已經(jīng)厭倦到連電視機都懶得打開了，因為飛向月球已經(jīng)不再是新鮮事，對他們來說，人類登上月球一次就夠了，再登就沒什么意義了。

與公眾的這種反應相反，科學家們的探月熱情卻居高不下，他們不像政客那樣把阿波羅計劃當作政治籌碼，而是始終當成一個廣闊的科學領域?？茖W家們一直認為，登月的主要科學目的應該是研究月球的形成，以及地質特性和化學結構，所以要拍攝月球的形狀，利用巖石土壤樣品分析月面化學結構，通過各種儀器研究月球的內部性質。于是，每次登月飛行都圍繞月面學、月成學和月球測量學這三個現(xiàn)代月球研究領域的主要學科開展多項探索和實驗，包括月震、熱流、太陽風成分、月面大氣成分、月面引力、月球輪廓、月球微隕石、月球磁場測量等。

早在阿波羅11號飛行期間，航天員就在月面安置了早期阿波羅月面實驗站和太陽風收集器，完成了無源月震實驗、月球測距實驗和太陽風成分實驗。

早期阿波羅月面實驗站包括一個自動月震儀和一個激光反射器。自動月震儀主要用于測量由隕石墜落和火山爆發(fā)造成的震動，它包括日晷儀、無線電發(fā)射機、螺旋天線、傳感器以及電子設備，靈敏度比地球上用的地震儀高100倍，可以測出航天員從它旁邊經(jīng)過時的腳步。至于榔頭敲東西時的震動就更不用說了，當離它幾十米外的航天員奧爾德林敲打鉆孔器時，地球上的人們能清楚地看到每次敲擊的震動波形。月震儀安放后很快監(jiān)測到了一次由一塊1噸左右的隕石落下引起的月震。

激光反射器是一種鏡子一樣的裝置，它能把從地球發(fā)射的激光反射回去，根據(jù)激光往返的時間就能測算出地球和月球之間的距離，誤差不超過15厘米，比用誤差幾十米的其他測量方法得出的結果精確得多。后來，阿波羅14號和15號又使用了更先進的激光反射器，證明月球在以每年3.8厘米的速度“疏遠”地球。

太陽風收集器是開展太陽風成分實驗的工具，把它在月球上朝太陽豎起來能捕獲太陽風粒子，然后再放進一只真空盒子帶回地球研究。別看它插在月球上的時間不長，測量的數(shù)據(jù)卻很精確，所以除阿波羅17號外，其他五次登月飛行都使用了它，從而使太陽風成分實驗和月震實驗一樣成為阿波羅登月計劃中開展次數(shù)最多的實驗項目。

對太陽風的其他研究在阿波羅12號和15號上進行。太陽風大約95%的物質為自由電子和質子，用太陽風譜儀不僅記錄了它的能量密度和瞬時狀態(tài)，同時還測定了方位。

阿波羅12號以及14號、15號都進行了月面大氣成分實驗，即采用質譜儀測量月球大氣層成分和氣體分子密度。實驗證明，月球的微量氣體中含有氬、氨、硫化氫、水蒸氣、一氧化碳、二氧化硫等成分，它們主要來自火山、太陽和人類。在人類產生的氣體中，飛船發(fā)動機噴出的氣體最多，阿波羅飛船的一次降落就要排放出8噸廢氣，而月球上的全部大氣估計不過200噸。其他的人為氣體包括登月艙在月球上逗留時排放的廢氣，月球車電池、科學實驗站排出的氣體以及航天員的排泄等。

另一項實驗是用冷陰極（電離）真空計測量大氣壓力，結果這種異常靈敏的儀器證明，月球雖然存在大氣卻異常稀薄，壓力比地球低14個數(shù)量級，總量不比登月艙下降過程中發(fā)動機噴出的物質多。

▲阿波羅11號航天員放置的月震儀

▲阿波羅11號航天員放置的激光反射器

▲阿波羅12號航天員放置的超熱離子探測器

“飛船的任務就是科學”

阿波羅計劃在執(zhí)行過程中分為若干階段，分別用英文字母A至J（其中缺少I）代表。G代表阿波羅11號首次登月任務，H代表阿波羅12至14號任務，J代表阿波羅15號至17號任務。G和H兩個階段的三次飛行屬于純粹探險，而J階段的三次飛行則重在以科學發(fā)現(xiàn)和研究為目的，正如阿波羅15號登月艙駕駛員吉姆·歐文所說，“我們這次飛行被認為是首次在月球進行長時間的科學探測。這個飛船的任務就是科學?！?/p>

似乎是為了強調阿波羅計劃進入了純科學研究階段，J階段的每次飛行都使用了改進的登月艙，使航天員的逗留時間更長，攜帶的科學儀器也比前幾次大得多，而且還攜帶了月球車，使航天員的雙腿伸得更長。阿波羅15號不僅第一次把月球車帶上月球，指令長斯科特還表演了一個絕妙的趣味實驗：他讓一根羽毛和一把錘子一起落下，結果它們同時掉到月面，證明了伽利略的真空狀態(tài)下兩個質量不同的物體降落速度一樣這個著名理論。

既然重在科學研究，那么科學實驗站就是必不可少的。這是一套從阿波羅12號開始就帶到月球上的科學實驗裝置， J階段用的科學實驗站是它的擴大型。整個登月期間，共有5座這樣的實驗站被放置到月球上。

科學實驗站最大的用途是控制各種科學實驗儀器，把它們的電信號變換成無線電信號傳回地球，起到實驗站與地球聯(lián)絡站的一種橋梁作用。航天員離開月球后，它將繼續(xù)通過微波中繼把各種實驗數(shù)據(jù)發(fā)回地球。

▲為科學實驗站提供電能的放射性同位素熱電發(fā)電機

▲超熱離子探測器與遠處的科學實驗站相連

科學實驗站是核動力的，電能來自放射性同位素熱電發(fā)電機，通過扁形帶狀電纜提供給周圍的實驗儀器。核燃料事先裝在登月艙內一只瓶形容器里，到達月球后再把它加入發(fā)電機燃料盒。發(fā)電機的功率為70瓦，恰好滿足所有實驗儀器以及向地球傳送數(shù)據(jù)的需要。

實驗站的核心設備是中心站，是一個箱型裝置，頂部裝有指向地球的高增益螺旋天線，里面裝有太陽風譜儀、月球表面磁強儀，以及無源月震實驗設備和有源月震實驗設備等。由中心站控制進行的實驗有熱流實驗、月震輪廓實驗、月面引力實驗、月球大氣成分實驗、月球微隕石實驗等。

熱流實驗是測量某一地區(qū)從月球內部流到月面的熱量以及月球內部的熱損耗率，以此分析月球內部結構，掌握月球的溫度歷史。這項實驗最先在阿波羅15號的降落區(qū)進行，測得的熱流數(shù)據(jù)出人意料，比大部分科學家的分析大一倍。阿波羅16號也安排了這項實驗，可是由于航天員跌了一跤，弄斷了連接中心站的電纜而告失敗。阿波羅17號不負眾望，順利完成了實驗。

月震輪廓實驗的原理有些像月震實驗，只是方法不同，它用傳音器檢測月球內部聲波，就好像醫(yī)生用聽診器檢查病人的心跳一樣。令人吃驚的是，這種實驗為了制造月震竟使用了“炮仗”和“定時炸彈”。先是阿波羅16號的航天員投擲了一個“雷管”，月震檢波器檢測到傳入地下的爆炸后再把它傳送到地球。航天員還在月面設置了一個裝有4種爆炸物的槍榴彈筒，3個月后由地球發(fā)出的信號引爆?！岸〞r炸彈”是由阿波羅17號航天員安放在8個選定地點上的，裝藥少的0.06千克，多的2.7千克，安放90多個小時后由發(fā)自地球的信號引爆，那時航天員已經(jīng)在返回地球的途中，所以爆炸不會危及他們的安全。這次實驗數(shù)據(jù)顯示該地區(qū)的下面有至少1000米厚的玄武巖石板。

更劇烈的爆炸來自火箭和飛船。“土星5號”的第三級火箭與飛船分離后以9000公里的時速和11噸TNT當量的威力撞擊月球，引起3小時20分鐘的震動；阿波羅飛船登月艙的上升段拋棄后也以6920公里的時速和0.68噸TNT的爆炸力撞擊月球，引起了一個多小時的震動。這些現(xiàn)象使科學家認識到，月震波在月球內部會發(fā)生持續(xù)一小時以上的多次回波反射，而地震波的回波反射次數(shù)卻很少，震動時間僅有幾秒鐘，這是月震同地震在震動次數(shù)和釋放能量上極為懸殊之外的又一個顯著區(qū)別。由于對月震的測量有助于分析月球下面深藏著什么，月殼有多厚，于是科學家們決定把后續(xù)飛行中廢棄的三級火箭和登月艙上升段都拋棄到月球上，繼續(xù)用這種人工月震的方法探測月球構造。

▲阿波羅17號的月面引力計（左）、月面質譜儀（中）和月球微隕石實驗儀（右）

▲阿波羅16號航天員放置的月震被動實驗儀，防熱罩可使敏感儀器經(jīng)受月面極端溫度變化

在J階段任務中，隨著阿波羅18號和19號兩次飛行任務被取消，兩艘飛船原計劃攜帶的科學儀器都轉移到最后一次任務中，所以阿波羅17號攜帶了26種最新最好的實驗儀器，完成了10項新的科學實驗（7項在月球上進行，3項在月球軌道上進行），是歷次登月飛行中實驗項目最多的一次。阿波羅17號的另一個亮點是地質學家哈里森·施密特隨航天員一起登上月球，采集了最有研究價值的巖石標本。

除了前面提到的實驗外，阿波羅17號還完成了表面電性能實驗、月球通廊重力實驗、月球中子探測實驗、宇宙射線探測實驗等。

阿波羅15號至17號的航天員還在月球軌道上開展了多項遙感實驗。飛船的服務艙上專門開辟了一個隔間，里面裝備了全景攝像機、測繪攝像機、激光高度儀、γ射線攝譜儀、α粒子攝譜儀、X射線熒光攝譜儀等儀器，用于月球表面研究。攝像機用的是鎖眼偵察衛(wèi)星的光學儀器，拍攝的膠卷由航天員太空行走時取出帶回地球。

在離開月球軌道之前，阿波羅15號和16號還分別從服務艙施放了一顆月球衛(wèi)星，用于測量月球的輻射和太陽風等數(shù)據(jù)，以及月球背面的磁場，繪制月球電場和弱磁場輻射圖。

對6次登月獲得的科學探索結果，以及航天員采集回來的月球巖石和土壤標本，科學家們進行了長期的分析和研究，初步弄清了月球的起源和演化，以及著陸點附近巖石的年齡、物理和化學性質等科學問題。大量的實驗表明，月球由巖石構成，內部分區(qū)與地球的內部分區(qū)相似，是一個由地球演化的行星，它無論是過去還是現(xiàn)在都不存在任何生命的跡象。