嫦娥五号回家，中美竞跑太空

本文来自公众号：醋话集（ID：cuhuaji），作者： 醋醋，题图来自：视觉中国

1978年5月20日中午，晚春的北京开完最后一丛洋槐树花，午气中还残留着一丝花香。

美国副总统专机“空军二号”降落在北京机场，机上布热津斯基透过舷窗看见黄华，不禁暗自高兴。

黄华是时任中国外交部长，他亲自接机表明这次访问级别很高，两国关系很有可能更进一步。

作为前美国总统卡特的国家安全事务助理，布热津斯基此行目的只有一个：重启尼克松下台后停滞不前的中美关系，尽快推动中美建交。

为表诚意，布热津斯基还带来两件特殊的礼物——一面中国国旗与一颗岩石，它们都来自月球。

当时的中央领导认为，旗帜有没有上过月球无从考证，岩石可以交给专业人士验明正身。

中办先是找到高教部，问大学里面有没有哪位教授能“鉴宝”，回答是没有。然后又找到中国科学院，答案同样是没有。

不过后者补了一句，有个人专门研究天上的东西，也许他能试一试。

此人远在贵阳，被中办一个电话喊到北京，他打开装着月球石的玻璃盒愣住了，样品不到一粒黄豆大。

原来美国人用凸透镜做玻璃盒，放大了形状，看上去拇指大小的岩石其实只有一克。

他小心地把月球石剖成两半，半克拿来做研究，半克送给了北京天文馆珍藏。

通过四个月的分析，他带领团队写出了14篇论文，矿物成分、结构构造、化学成分、微量元素、物理性质、产出环境……岩石的真身一一浮现出来。

他甚至推断出这是由阿波罗17 号飞船采集来的样品，在参考美国公布的数据后，他告诉美国人，你们这块岩石的编号是70017-291。

美国人吓了一跳，哎哟你们全知道了。

阿波罗17号采回的70017样品，重2957克，美国将其中1克赠送给中国 | 月球与行星研究所（LPI）

他就是“嫦娥之父”欧阳自远，“嫦娥”探月工程首席科学家。他当时一定不会想到，42年后的嫦娥五号，一次挖回来2公斤月球样品。

一扫当年的窘迫。

12月17日凌晨2点，嫦娥五号的返回器降落在蒙古四子王旗草原，里面2公斤月样将向欧阳自远敞开更多的秘密。

两公斤月亮土特产回来了 | 新华社

对于中国这次探月行动，美国国家航空航天局（NASA）发了一条推特，期待中透露些许担心被拒的幽怨：“你们到月球挖土，找到好东西要分享哦，别忘了人家当年的好处哦。”

月亮活着吗？

从1969年到1972年，美国6次将12人送上月球挖土，“一镐一镐”挖回来361.7公斤月球样品。

1971年“阿波罗15号”降落在月球上的亚平宁山，戴维·斯科特从月球车下来没走几步，就踢到一块水晶，在白色与灰色之间轮转，非常美丽。

同伴詹姆斯·欧文当时心有所感，仿佛这块水晶正在那儿等待他们的到来。

他们认为这是原始月壳的一块，至少有45亿年历史，并将其命名为“起源石”，这是阿波罗计划带回来最著名的月球样品。

起源石，N1表示1英寸 | 月球与行星研究所（LPI）

后来经纽约州立大学石溪分校的科学家精准测定，“起源石”的准确年龄大约在41.5亿岁，比预估的年轻了好几亿年。

阿波罗16号任务中获得的一块钙长石拥有44.6亿年的历史，才是迄今地球上原生与天外最古老的石头。

不过这块石头其貌不扬，也没个好名字，仅被称为“月球样品” 67215，名气比“起源石”差远了。

地球上最古老的石头 | 月球与行星研究所（LPI）

“阿波罗12号”指令长阿兰·比恩是第4个登上月球的人，他曾在上面发誓：“如果我能回到地球，我将做自己喜欢做的事。”

比恩喜欢做的事是绘画，他用混合了月尘的油彩绘画，画的全是他看过的月球景色，其中一幅“阿波罗精神”在其个人官网上售价高达433700美元。

醋醋更喜欢这幅“有人在那儿吗？”原版不卖，Giclées画廊出售签名印刷版1100美元 | Giclées画廊

当比恩毫不吝惜挥毫泼墨之际，欧阳自远领衔的中科院地球化学研究所正围着0.5克月球石忙碌，慎之又慎。

这后面还排着一串长队等着做研究，中科院原子能研究所、中科院原子核研究所、中科院长春应用化学研究所、中科院高能物理研究所、冶金工业部昆明冶金研究所、石油工业部上海石油化工厂……

就算这次我们带回来2公斤月球样品，相比美国361.7公斤依然是小巫见大巫，美国人到底图啥呢，难道真的是别人家的更香？

还得从当年美苏太空争霸说起，放卫星上天，加加林从太空看地球，苏联人赢得两轮头彩，让美国急得不行。

1961年肯尼迪放下狠话，10年内美国必须抢在苏联人前面登月，“阿波罗”登月计划从此正式开始。

这个任务过程很复杂，结果很简单，只要送人到月球上走一走就算赢，至于落在月球哪里根本不重要。

月球正面低纬度地区离地球近，为降低任务难度，美苏航天器着陆点都在这个范围内。

美国6次成功载人登月，着陆点位于南纬10°到北纬30°之间。苏联有三次无人探测器带回样品，着陆点在北纬0°到北纬12°之间。

1969年7月20日世界时20:17，阿波罗11号登月舱降落在月球上，着陆点约在北纬0°东经23°，阿姆斯特朗爬出舱门的时候，苏联月球15号刚好从他头上掠过。

苏联月球15号飞过美国阿波罗11号登月舱上空

所以说，美国登月真假苏联人最清楚，世界各国都在38万公里远的地球看电视直播，苏联人却是在月球上空眼巴巴望着。

月球15号是嫦娥五号的先驱，它在阿波罗11号发射前三天升空，希望抢先美国人登陆月球采样返回，好让苏联人挽回一点颜面。为了避免与阿波罗11号相撞，苏联还把月球15号的轨道参数透露给了美国。

然而天不遂人愿，月球15号坠毁失事。苏联选的着陆点有问题，那片地方表面极其平坦，但是有重力增强，导致传感器出现偏差，地面指挥月球15号下降，以为还在空中的时候，下一刻就撞在了地上。

它的遗愿只能等到一年后的月球16号完成，其着陆点约在北纬0°东经56°，与阿波罗11号着陆点都在赤道上，东西相差23°，差不多697公里远。

阿波罗11号落地区域叫“静海”，月球15号落地区域叫“危海”，月球16号落地区域叫“丰富海”，它们都是意大利神学家乔万尼·里乔利在1651年一拍脑袋取的名字。

“危海”重力增强，说明地下有高密度物质，形成了质量瘤，至于是什么物质，只有留待以后深度钻探才知道。

右边那处洼地即是危海 | 摄影：鲍国全，《天文爱好者》2018年第11期

美国人将首次登月地点选在“静海”而非“危海”，倒不是趋吉避凶，而是因为1968年美国五艘月球探测器在“危海”中心探测到了月球上最大的质量瘤，美国人感觉惹不起就闪了。

战斗民族的脾气是不服就干，月球16号、20号在“丰富海”采样返回成功后，苏联卯上了“危海”，誓要告慰月球15号的在天之灵。

1974年11月，月球23号在“危海”东南（北纬12.43°东经 62.12°）降落时因发生侧翻而失败；

1976年8月18日，月球24号在距上次躺倒的地方2.3公里处成功着陆，并带回地球170克月表下方2米深处的月样。

苏联人出了这口恶气后，人类再无探测器登陆月球采样，直到2020年嫦娥五号翩然而至。

美苏月球采样统计

美苏月球采样一共382KG，可都是无价之宝。2018年，纽约苏富比拍卖行拍卖了3粒小型月球岩石，总重量为0.2克，最终以85.5万美元成交。

以此计算，每克月球岩石的价格应该为427.5万美元。以今天的人民币对美元的汇率，兑换成人民币大概为2796.7万元。

当然月样的价值不是金钱可以衡量的，美国对嫦娥五号采样感兴趣，主要还在于它的着陆点与众不同，那里远离阿波罗和月球号采样区，极可能存在与之前的样品不同的岩石类型。

嫦娥五号着陆地区吕姆克山 | NASA

国家天文台研究员郑永春介绍说：“每一个着陆点的选择，其实是工程上的安全性、技术上的可行性，以及科学上的丰富性，以这三点共同考量。”

2018年中国地质大学（武汉）教授肖龙研究组发表了一篇论文，强烈建议嫦娥五号在吕姆克山东部的Em4地质区着陆，这里约形成于12亿年前，是吕姆克山及整个月球最年轻的区域。

醋醋看了新华社的报道，嫦娥五号着陆点在北纬43.1°西经51.8°，正好位于Em4地质区。

月球火山运动到32亿年前就基本上结束了，美苏着陆地区采集的月样，年龄集中在44亿至31亿年前。嫦娥五号带回来的将是距今最近一次的月球岩浆活动的样品。

通过对这些样品的研究，科学家可以试图解释月球，作为一个相对较小的天体，内部为何能够存在如此长久的岩浆活动，从而可能提出新的月球内部演化模型，并为其他行星的演化过程提供参考。

2014年7月27日，《自然：地球科学》杂志一篇论文声称月球仍然“活着”，其内部依旧存在熔融状态，而非冷却变硬。

论文来自一个由中国地质大学（武汉）、武汉大学、中科院国家天文台、日本国立天文台等机构的科研人员组成的国际研究小组，其研究结果和其他一些发生在月球上的活动，如深部月震和月球自转不均匀变化等，都是观点的有力支持。

嫦娥五号带回来的月样可能进一步支持或否定这个观点，为人类提供完整的月球历史，这将彻底改变我们对月球和太阳系的理解。

你说美国人能不眼馋吗？

月亮湿了

在月样研究上，美国曾经吃过一次大亏，付出的代价可能是在重返月球的赛道上当了兔子，漫无目的跑跑停停。

今年10月26日，NASA宣布“首次”在有阳光照射的月球表面发现水，全世界媒体蜂拥报道，只有俄媒泼来一盆冷水：“这事儿我们40多年前就晓得了。”

研究1976年月球24号从危海带回的月球样品，三位苏联科学家发现月球土壤大约包含0.1%的水，而更多的水出现在月球表面以下。

危海样品采集于北纬12.43°，相当于地球的热带地区，常年被阳光照耀。

1978年苏联科学杂志《地球化学》(Geokhimiia)发布了这项研究成果，论文署名为M.V.阿卡曼诺夫、B.V.迪米特夫和M.N.马科夫。

由于样本有限，外界难以重复实验，再加上冷战期间苏联与西方几乎互不往来，导致这项重大发现几十年内无人问津。

更让美国人想哭的是，1976年美苏为了缓和关系互换了1克月球岩石，苏联这1克就来自于170克危海样品。坐拥361.7公斤月球样品的美国人八成没把这当一回事，随手扔到了一边没有好好研究，否则何至于到现在才发现月球有水。

此次NASA在月球南半球的克拉维乌斯火山口发现了水分子，它们困在岩石晶体中无法逃逸，浓度为百万分之100至412，相当于1立方米的土壤中，含有355毫升的水。这比危海样品0.1%（百万分之1000）的水少了一半多。

在月球找水的路上，170克 VS 361.7公斤，危海赢，果然危险的地方都藏有大机遇。

1998年与2009年，美国先后发射探测器，通过中子探测仪与3微米红外波段探测，发现月球有水的间接证据氢，并绘制了月球南北两极的水冰分布。

上图显示了月球南极（左）和北极（右）的表面冰的分布，由NASA的月球矿物学测绘仪绘制。图像中蓝色表示冰位置，灰度对应于表面温度（较暗表示较冷区域，较浅表示较暖区域）

不过氢既可能是水也可能是羟基的组成，所以月球上的水还有争议，此次NASA动用搭载波音747客机上的SOFIA望远镜，用6微米红外波段终于看到了不同于羟基的水分子特征，月球上有水才铁板钉钉。

下一步，找出月岩、月壤中的水有哪些成因和赋存状态，这是嫦娥五号带回来的两公斤月样要解答的科学问题之一。

建设月球基地，水资源无比珍贵。人类的工作生活离不开水，水分解成氢氧，氧气和水供人呼吸饮用、使植物生长，氢和氧还可作为火箭燃料，供飞船返回地球或前往火星或更远的星际探险。

我们现在从地球向月球发射一升瓶装水的成本为3.5万美元，这个成本非常大。无法在当地取水，月球基地就很难维持下去，这也是为何在阿波罗计划完成之后，美国喊了半个世纪重返月球建基地却至今没见到影子的重要原因。

现在好了，月球终于湿了，月球基地还会远吗？

事实上，2019年嫦娥四号在月球背面南极——艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑内着陆，就是给未来的月球南极基地打前站。

月球两极有些地方是永久性阴影区，温度一般都在-163.15摄氏度，彗星陨石带来的水分，或者它们撞击羟基转化的水分都被极低温禁锢在陨石坑中，形成一个个深井冰，叫做“冷阱”。

在这里，水不仅是结冰那么简单，还会硬得像一块石头，并且在长达10亿年的时间内都被冰封在这里。

这些冷阱超过一半（60%）位于月球的南半球，且大多数位于纬度超过80度的地区。科学家估计月球表面的冷阱加起来有超过40000平方公里的水冰，相当于安大略湖的两倍。

月球上有很多深井冰

月球南极沙克尔顿环形山附近，有一个区域80％的时间处于阳光的照射之下，10公里外还有两个区域，总共有98％的时间处于阳光的照射之下。而在不远处就有一些冷阱，人类可以很方便地利用太阳能获取月球储存的冰资源。

这里是建立第一个月球基地的理想区域。水资源保证了基地的长期运作，为进军火星铺路，还有利于开采月球上的“石油”氦-3，这是一种理想的核聚变原料，整个地球的储量只有20吨，月球总储量大约为100万吨，可以满足全球人类一万年的能源需求。

虽然联合国在1984年通过了《关于各国在月球和其他天体上活动的协定》，简称《月球协定》，规定月球及其自然资源是人类共同的财产，但几个航天大国根本就没把《月球协定》当一回事儿，签约国都是些无望登月的小国。

基于“先来先得”放之四海皆准的规矩，对月球资源与空间的利用取决于谁更能建基地。

本来美国在这方面遥遥领先，阿波罗计划完成后，下一步就是建设月球基地，但一来当时不确定月球有水，花费太大实际回报太小；二来苏联人跑不动已经下场休息，美国干脆也拍拍屁股走人，玩航天飞机与空间站去了。

50年后，美国突然发现，这条赛道多了一名中国选手。

星辰大海

1994年1月25日，美国发射“克莱门汀”探测器再探月球，一大任务就是找水，奏响了人类重返月球的序曲。

眼看老司机有新动作，欧洲日本闹着也要上车，当年5月31日~6月3日拉上美、俄在瑞士贝阿滕贝召开征服月球研讨会，计划2015~2020年人类再次登上月球并在那里建立月球基地。

月球似乎垂手可得，第二年这些国家又在德国汉堡召开了有关月球资源的会议，协调各方利益制定瓜分策略。

虽然中国没有参加上述会议，但也有一个人在1994年开始深入规划中国的探月工程，他提交了《我国开展月球探测的必要性与可行性》报告并获得通过。

这个人就是欧阳自远，自1978年研究了美国那半克月球石之后，登月的种子就在他的心中发芽。

欧阳自远本来是学地质的，他在1952年考入北京地质学院（现中国地质大学），当时是为了响应新中国要成为一个工业国的召唤：年轻的学子们，你们应该唤醒沉睡的高山，让它们献出无尽的宝藏。

1957年苏联发射第一个人造地球卫星，欧阳自远意识到通过卫星可以逐步把整个地球看清楚，以后找矿更容易，一下把他的视野从地下拉到了天上。

当时的中国没有条件发射卫星，登月更是遥不可及，研究天上的东西只能从掉下来的陨石入手，欧阳自远从此与这些黑乎乎的天外来客打上了交道。

1960年，欧阳自远在地质所建立了天体化学与核子地球化学研究组，开启了我国陨石系统研究，1976年吉林陨石雨给了千载难逢的研究场景，从此中科院都知道了有一个人专门做天上的东西，也就有了后来研究月球石的机会。

机会都是留给有准备的人。

在欧阳自远看来，月球、火星等星球其实都是天上的地球，同样需要人类的唤醒。

通过他的发起推动，从1994年到2003年，我国的登月计划经历了10年的预研准备，同时运载火箭、航天测控网、地面发射场都具备了发射探月卫星的条件。

2004年我国宣布正式启动探月工程，采用家喻户晓的“嫦娥”命名，分为绕、落、回三个阶段，制定了2020年以前在月球采样返回的目标，为以后的载人登月、建设月球基地打下基础。

16年来，中国基本上按照原定计划一步一步地完成了所有的阶段目标。加上预研，中国的登月计划走过了26年春秋。

嚷着要瓜分月球的欧美日，这些年来都在干什么呢？

首先他们都制定了宏伟的目标，欧洲航天局计划在2020年将宇航员送上月球，日本计划在2020年前在月球上建造进行科学研究的基地。

美国在2004年由小布什政府宣布“太空探索新构想”，并在此基础上于2005年推出“星座计划”，力争在2015年让美国宇航员重返月球，在月球建立基地。

甚至印度都计划在2015年让宇航员登上月球。

只有中国把目标定得很低，2020年实现无人探测器登月采样返回就好。

他们开局也不错，就在我国宣布探月工程的前一年，2003年欧洲第一个月球探测器“smart-1号”顺利升空，日本第一颗绕月探测卫星“月亮女神”号于东京时间2007年9月14日发射，比嫦娥一号早40天。

然而结果现在大家也知道了，只有中国实现了在美俄之后从月球采样返回，具备了下一步载人登月以及建设月球基地的基础条件。欧洲日本印度吹过的牛全都泡了汤。

而美国重返月球也是几经波折，先是民主党奥巴马把共和党小布什的星座计划砍掉，然后是共和党特朗普上台发起“阿尔忒弥斯”计划，要在2024年将美国宇航员送上月球并建立月球基地。

由于俄国财力有限，实际上在登月建立基地这条赛道上，只有中国与美国站在了一起。

那么问题来了，嫦娥与阿尔忒弥斯这两个东西月亮女神谁领风骚？

2024年刚好在特朗普的连任任期内，具有政治意义。然而特朗普已经下台，民主党拜登更加关心气候问题，“阿尔忒弥斯”计划的前途也打上了一个大大的问号。

嫦娥五号之后，嫦娥六号计划在月球南极进行采样返回；嫦娥七号计划执行月球南极综合探测，包括地形地貌、物质成分等；嫦娥八号验证能否采用3D打印技术，利用月壤建科研基地……中国马不停蹄。

中国的探月工程也并非一帆风顺，比如2017年就计划送嫦娥五号上天，因为长征五号发动机爆炸，在确保万无一失之后才于今年实现月球挖土。

嫦娥五姑娘能够行云流水地完成任务胜利返回，在于很多步骤之前已经由她的姐姐们试验过了，只有几个步骤是完全的“新题型”。

步步为营，稳扎稳打，坚定不移，慢就是快。

制作：haibaraemily  出品：科普中国

中国的航天工程主要体现了两大原则：一是在能力不具备时要优先发展能力；二是在具备能力时要优先发展空间应用，让太空的高度资源与星球的土地资源为我所用。前者比如北斗导航系统，后者体现为欧阳自远从地质学的角度主导了嫦娥工程。

当然美国的航天能力依然是一头猛虎不可小视，如果SLS能够在2021年成功首飞，这种运载能力达到165吨超越土星五号的火箭，将大大推进美国重返月球的目标。

民间航天也是美国一大亮点，SpaceX正在研发的星舰，有效载荷最高可达150吨，飞船载人能力超过100人，远超当前上限7人，目标是可重复使用返回，前往月球火星等外星着陆。虽然最近一次实验SN8爆炸了，不过一旦成功就会改变人类航天规则。

甚至亚马逊这样的电商巨头也进入航天领域，欲与SpaceX一决高低。

所以前几天人民日报都有些着急，呼吁我国的互联网巨头别只顾着低头捡六便士，而不能抬头看月亮、展开赢得长远未来的科技创新。

此外，美国国际空间站的经验很多可以照搬到月球基地上。

总的来说，中国胜在整体计划的系统周密与连续性，在火箭运载技术上有待加强；美国胜在多年来技术积累的优势，但受政治干扰总是断档。

当年美苏争霸就好比百米短跑，一锤定音极具刺激性，这能让美国上下一心以举国之力与苏联竞争，一旦失去苏联这个对手，美国也就各回各家各找各妈。

中美之间形成的这种太空竞赛，更像是一场马拉松长跑，谁第一个建月球基地并不重要，重要的是长期稳定地持续下去，偏向于整体系统的工程能力，而非某个单项技术的突破，这方面中国人更具优势。

无需妄自菲薄，我们的前方是星辰大海。

栾树林

12月初的深冬早晨，天还没亮透，林荫道挤满了车灯闪烁。

两边长有成排的栾树，绿叶夹杂着红色小叶犹如连串的灯笼，令人赏心悦目。

道路早早开始繁忙，因为它通向附近一所小学，司机们大多是送孩子上学的家长。

醋醋亦是其中一员，车内空调吐着暖气，将冬寒挡在车外，坐在后排的菲菲突然问道：嫦娥五号去月球挖土有什么用？

我想起1970年NASA《人类为什么要探索太空》这封信，专门回答此类问题。

一位赞比亚修女写信质问NASA，地球上还有这么多吃不饱穿不暖的小孩，NASA怎么舍得投入数十亿美元探索火星。

NASA很认真地回了信，主要意思就是太空探索能够激发出人类强大的创新精神，产生各种技术突破解决那些前所未有的难题。

技术突破不仅帮助科学探索，转化成民用产品后，也极大地改变了我们的日常生活，如增产粮食比传统方式解决饥荒高效得多，微波炉、购物计价的条形码，甚至婴儿穿的纸尿裤，都是来自于太空项目的发明。

这些答案都很好，但我认为NASA隐藏了主要事实，当时人类的太空探索并不是一项纯粹的科学活动，而是美苏争霸的政治原因所致。

1970年正是火星计划遭受美国国会质询的关键时期，NASA对这封回信大张旗鼓不排除有公关嫌疑。

然而随着苏联退出太空竞赛，火星探索也就变得遥遥无期，这也说明NASA的答案更多是一种结果倒推，而非真正的原因。

反而是现在，人类的太空探索更加趋向于科学与应用的目的，那种政治挂帅的象征性胜利变得并不重要。

其实1992年前后，国内就有人提出了“嫦娥奔月”的想法，希望在5年内用运载火箭往月球上发射一个象征中国的铁质标志，永远地将其“烙”在月球上，以迎庆1997年香港回归，扬国威、鼓志气。这个报告打到中央后很快就被否决了。

醋醋看了欧阳自远与林文祝1995年发表的文章《重返月球》，通篇都是在讲科学讲应用。

NASA回信有一段话讲得很好：

如果国家之间不再比拼轰炸机和远程导弹，取而代之比拼月球飞船的性能，那将避免多少战乱之苦！聪慧的胜利者将满怀希望，失败者也不用饱尝痛苦，不再埋下仇恨的种子，不再带来复仇的战争。

如此，中美以及全世界的太空长跑，每个人都是赢家。

真正要拼的是“子子孙孙无穷尽也”的下一代对科学的传承，正如这片栾树林一样，郁郁葱葱。

各国月球计划，已实现的与将要实现的 | 月球与行星研究所（LPI）

本文来自公众号：醋话集（ID：cuhuaji），作者： 醋醋