文/天 星

選址標(biāo)準(zhǔn)

正確選擇登月著陸點(diǎn)是登月計(jì)劃中的關(guān)鍵一環(huán)，它直接決定著整個(gè)載人登月任務(wù)的成功與否。由于月表的惡劣天氣狀況以及復(fù)雜的地形情況，登月著陸點(diǎn)的選址需考慮多方面的因素，結(jié)合照明條件、地形坡度、與地球通信的難易程度、太空發(fā)射系統(tǒng)火箭運(yùn)行狀況等來(lái)作出選擇。具體而言，月球著陸點(diǎn)選址應(yīng)滿足5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：一是水源豐富，擁有水冰資源。這些水冰不僅可以支持未來(lái)人類月球基地對(duì)用水的需求，還可以通過(guò)電解提取氫氣和氧氣，為火箭發(fā)動(dòng)機(jī)提供燃料。二是地理?xiàng)l件優(yōu)越，陽(yáng)光照射時(shí)間長(zhǎng)，月地通信位置佳。三是地形地貌平坦，著陸器起降安全，通信順暢，運(yùn)輸作業(yè)條件良好。四是資源豐富，蘊(yùn)藏氧氣、氧化鐵等各種礦物，為未來(lái)建設(shè)月球基地提供資源。五是存在大量不同類型的自然物體，有利于開(kāi)展科學(xué)探測(cè)任務(wù)。

選址范圍

未來(lái)，登月著陸點(diǎn)附近將建造月球基地，因此選址位置與月球基地的實(shí)際需求緊密相關(guān)。一般而言，選址范圍可分為三類，即極地地區(qū)、赤道地區(qū)和月球正面或背面的平原地區(qū)。

月球表面地貌

月球極地地區(qū)具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，該地區(qū)的一些隕石坑和陰影區(qū)域內(nèi)存在豐富的水冰和水源。利用水冰等資源可以給氫燃料電池充電，從而確保在黑夜、月食期間，或在任何影響太陽(yáng)能收集的事件或故障的情況下，擁有足夠的儲(chǔ)備能源來(lái)維持月球基地的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。美國(guó)“克萊門汀號(hào)”月球探測(cè)器的雷達(dá)掃描表明，月球南極周圍存在水冰。2008 年，“月球勘探者”探測(cè)器報(bào)告，月球南極的氫豐度增強(qiáng)，而月球北極的氫豐度更高。美國(guó)宇航局計(jì)劃于2025年前發(fā)射“阿爾忒彌斯3 號(hào)”飛船，宇航員極有可能在月球南極登陸。此外，月球的自轉(zhuǎn)軸幾乎垂直于黃道面，且月球極地圈的半徑小于50 千米，因此極地地區(qū)內(nèi)的陽(yáng)光照射時(shí)間長(zhǎng)，使得通過(guò)太陽(yáng)能為通信站等設(shè)備供電成為可能。只有在月食期間，極地地區(qū)才無(wú)法獲取太陽(yáng)能，但月食時(shí)間相對(duì)短暫，而且是可預(yù)測(cè)的。

月球運(yùn)行緩慢，相應(yīng)的赤道軌道與黃道面重合，與環(huán)繞地球的月球軌道幾乎重合，與地球赤道面也幾乎重合。月球赤道附近富含“氦-3”，可就地開(kāi)采精煉。而且，由于太陽(yáng)風(fēng)具有更大的入射角，月球赤道地區(qū)的“氦-3”濃度可能比預(yù)計(jì)的更高。

在月球正面可與地球直接通信，若在L2 拉格朗日點(diǎn)部署通信衛(wèi)星，或建設(shè)月球衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，就可以實(shí)現(xiàn)月球與地球之間的全時(shí)空通信。而月球背面則可以屏蔽地球信號(hào)，對(duì)于大型射電望遠(yuǎn)鏡來(lái)說(shuō)，月球背面可成為一個(gè)絕佳的架設(shè)位置。而且月球上沒(méi)有大氣層干擾，這個(gè)位置也適合通過(guò)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)太空和宇宙。此外，月球正面可以找到含有鈦基的礦物，而月球背面的平原地區(qū)可以找到濃度最高的“氦-3”。

最佳選址

為成功實(shí)施登月計(jì)劃，我國(guó)科學(xué)家共選取了10 余個(gè)月球著陸點(diǎn)作為備選方案，并進(jìn)一步優(yōu)選了以下4個(gè)隕石坑或山峰附近的地點(diǎn)。

沙克爾頓隕石坑

沙克爾頓隕石坑是位于月球南極艾特肯盆地的一個(gè)撞擊坑，坐標(biāo)為南緯89.9 度、東經(jīng)0 度，直徑約21.0千米，深度約4.2 千米，日出時(shí)陽(yáng)光照射角度為0 度。沙克爾頓隕石坑的地質(zhì)年齡約36 億年，至少在月球南極附近存在了20 億年。1994 年，國(guó)際天文聯(lián)盟將這個(gè)隕石坑以英國(guó)的南極探險(xiǎn)家歐內(nèi)斯特·沙克爾頓的名字命名。

日本“賽琳娜號(hào)”探測(cè)器的地形相機(jī)拍攝了沙克爾頓隕石坑的照片。該地形相機(jī)利用隕石坑邊緣的光照反射進(jìn)行地形測(cè)量。測(cè)量結(jié)果顯示，沙克爾頓隕石坑中心峰高度約200米，而隕石坑內(nèi)部由一個(gè)對(duì)稱的30°坡度組成，直徑為6.6 千米。隕石坑內(nèi)部跨度不超過(guò)幾百米，其底部覆蓋著一個(gè)不均勻的丘狀特征，厚度為300～400 米。

沙克爾頓隕石坑的地球雷達(dá)圖像

沙克爾頓隕石坑邊緣的山峰持續(xù)暴露在陽(yáng)光下，每月暴露在陽(yáng)光下的時(shí)間占80%至90%。它們被稱為“永恒照亮的高峰”。隕石坑內(nèi)部則長(zhǎng)期處于陰影中，坑內(nèi)溫度不高于-173℃，底部達(dá)到-185℃。內(nèi)部低溫起著冷阱的作用，它可以捕獲并凍結(jié)彗星撞擊月球時(shí)釋放的揮發(fā)物和水分?！疤皆抡咛?hào)”探測(cè)器的測(cè)量顯示，隕石坑內(nèi)的氫含量高于正常水平，這表明這里可能存在水冰。

沙克爾頓隕石坑也被提議作為未來(lái)大型紅外望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)點(diǎn)。隕石坑底部的低溫提供了紅外觀測(cè)的理想條件，而隕石坑邊緣放置的太陽(yáng)能帆板或發(fā)電站可以為天文臺(tái)提供近乎連續(xù)的能量。

我國(guó)的第一個(gè)登月著陸點(diǎn)很有可能選擇在沙克爾頓隕石坑附近，并在這里建設(shè)第一個(gè)月球基地。這個(gè)位置具備可靠性、安全性和可持續(xù)性，有利于為首批月球居民提供必要的基本生活保障。

馬拉珀特隕石坑

馬拉珀特隕石坑位于月球南部，坐標(biāo)為南緯84.9度、東經(jīng)12.9度，直徑約69 千米，深度未知，日出時(shí)陽(yáng)光照射角度為利于陽(yáng)光照射的0 度。這個(gè)隕石坑以16 世紀(jì)的比利時(shí)天文學(xué)家、宇宙學(xué)家查爾斯·馬拉珀特的名字命名。馬拉珀特隕石坑的邊緣周圍形成了一個(gè)不規(guī)則的山峰環(huán)，邊緣的西側(cè)多撞擊坑，而東南邊緣則分布了一些小隕石坑，地質(zhì)特征豐富多樣。

馬拉珀特隕石坑的邊緣西南部形成了一條東西走向的隆起山脈，這條山脈被命名為“馬拉珀特山”。馬拉珀特山坐標(biāo)為南緯85.75 度、東經(jīng)2 度，海拔約5000 米，從山腳到山頂?shù)拇怪本嚯x可能高達(dá)8000 米。馬拉珀特山非常古老，風(fēng)化層發(fā)育良好。而且，馬拉珀特山大部分時(shí)間都暴露在陽(yáng)光下，號(hào)稱“永恒陽(yáng)光之峰”。如果在這里安裝兩個(gè)緊密排列的太陽(yáng)能電池陣列，將獲得幾乎連續(xù)的電力。馬拉珀特山緊鄰馬拉珀特隕石坑，距離沙克爾頓隕石坑約116千米，這意味著它可以為這兩個(gè)隕石坑提供電力和通信。得益于馬拉珀特山得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，國(guó)際月球觀測(cè)站（ILO-1）計(jì)劃建造在這里，并計(jì)劃將用于觀測(cè)的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡安置在馬拉珀特山的山脊上。

馬拉珀特山

馬拉珀特山上的地月通信設(shè)備

2023 年第3 季度，美國(guó)宇航局將發(fā)射“直覺(jué)一號(hào)”探測(cè)器，它的科學(xué)目標(biāo)是在馬拉珀特隕石坑邊緣放置著陸器。由于位置極佳，我國(guó)的第一個(gè)月球著陸點(diǎn)和月球基地也將考慮選擇在馬拉珀特隕石坑附近，這里亦可作為我國(guó)月球南極探險(xiǎn)隊(duì)返回地球的發(fā)射場(chǎng)。

皮爾隕石坑

皮爾隕石坑是距離月球北極最近的大型撞擊坑。皮爾隕石坑的坐標(biāo)為北緯88.63 度、東經(jīng)24.4 度，直徑約79 千米，深度約1.5 千米，日出時(shí)陽(yáng)光照射角度為25°。因?yàn)槠栯E石坑坐落于月球北極附近，所以它以美國(guó)早期北極探險(xiǎn)家、海軍軍官羅伯特·皮爾的名字命名。在這個(gè)緯度上，隕石坑內(nèi)部所能照射到的陽(yáng)光很少，而隕石坑底部最南端的部分區(qū)域可永久地籠罩在陰影中。

美國(guó)月球探測(cè)器搭載的激光測(cè)高儀拍攝的陰影地形圖：皮爾隕石坑（中心），北極位于它的北（上）部

美國(guó)“月球軌道器4 號(hào)”飛行器拍攝月球并發(fā)回第一批清晰圖像后，皮爾隕石坑的真實(shí)面目才得以揭曉。皮爾隕石坑幾乎呈圓形，沿著東北邊緣向外微微凸出。在西南邊緣有一個(gè)缺口，在那里與比它稍小的弗洛里隕石坑相連。皮爾隕石坑的外緣已經(jīng)磨損和侵蝕，形成了一個(gè)崎嶇的山環(huán)，在隕石坑底部投射出長(zhǎng)長(zhǎng)的陰影。皮爾隕石坑底部相對(duì)平坦，但仍有幾個(gè)小隕石坑，特別是在東南部分。隕石坑內(nèi)部南端三分之一的部分都隱藏在陰影中。因此，只有通過(guò)激光測(cè)高測(cè)距方法，才能較準(zhǔn)確地辨別出它的內(nèi)部地貌特征。皮爾隕石坑底部是太陽(yáng)系最冷的地方之一，其平均溫度為-243℃～-233℃。皮爾隕石坑的內(nèi)部也可能有氫氣氣體沉積。

美國(guó)“克萊門汀號(hào)”月球探測(cè)器在月球北半球夏季拍攝的圖像顯示，除月食期間外，皮爾隕石坑外部邊緣的4個(gè)山區(qū)在這一時(shí)間段內(nèi)持續(xù)受到陽(yáng)光照射，這與月球極微小的軸向傾斜有關(guān)。月球探測(cè)器收集了更詳細(xì)的月球地形信息，除了皮爾隕石坑，月球上沒(méi)有任何地點(diǎn)在冬季或夏季能持續(xù)不斷地接收到陽(yáng)光照射。

皮爾隕石坑北部被認(rèn)為是未來(lái)登月著陸點(diǎn)及建立月球基地的最佳地點(diǎn)之一。因?yàn)檫@里在一段時(shí)間內(nèi)近乎恒定的光照，可以提供相對(duì)穩(wěn)定的溫度和幾乎不間斷的太陽(yáng)能。同時(shí)，皮爾隕石坑內(nèi)部的永久陰影區(qū)域中可能含有一定數(shù)量的冷凍水，這也是它的優(yōu)勢(shì)條件之一。

惠普爾隕石坑

惠普爾隕石坑靠近月球北極，位于伯德隕石坑和皮爾隕石坑的東部，坐標(biāo)為北緯89.1 度、東經(jīng)118.2 度，直徑約15.7 千米，深度3.1 千米。2009 年，國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)以美國(guó)天文學(xué)家弗雷德·勞倫斯·惠普爾的名字命名了它。

惠普爾隕石坑永遠(yuǎn)不受陽(yáng)光照射，因此該隕石坑內(nèi)常年保持著極度低溫，溫度通常不高于-170℃。若揮發(fā)性原子和分子（如水分子）進(jìn)入隕石坑中，會(huì)因隕石坑內(nèi)普遍存在的極冷氣溫條件而被凍結(jié)，且能在極長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持凍結(jié)和穩(wěn)定，甚至可達(dá)數(shù)十億年。此外，惠普爾隕石坑的雷達(dá)反射特征很高，這表明該隕石坑內(nèi)存在著至少2 米厚的相對(duì)純凈的冰沉積物，它們可能已與風(fēng)化層混合，也可能呈層狀分布。這些冰沉積物實(shí)際是由水、液態(tài)氫和液態(tài)氧構(gòu)成的，后兩種物質(zhì)也是制作火箭推進(jìn)劑燃料的主要原料。

此外，惠普爾隕石坑毗鄰一個(gè)準(zhǔn)永久性陽(yáng)光照射的大型高原。在這個(gè)大型高原上，全年平均80%的時(shí)間可見(jiàn)陽(yáng)光。按照月球的氣象標(biāo)準(zhǔn)，這種準(zhǔn)永久性陽(yáng)光照射區(qū)域的溫度條件相當(dāng)溫和，平均約為-50℃，上下浮動(dòng)10℃。這種永久性陰影隕石坑毗鄰準(zhǔn)永久性陽(yáng)光高原的組合，在月球北極地區(qū)是獨(dú)一無(wú)二的，為后續(xù)的科考活動(dòng)提供了良好的自然條件。

惠普爾隕石坑

那么，我國(guó)第一個(gè)登月著陸點(diǎn)最終會(huì)選在哪里呢？請(qǐng)大家拭目以待！