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年轻科学家将改变未来月球研究

2019-07-20 16:18 主页 来源:未知
年轻科学家将改变未来月球研究

1969年7月20日,美国宇航员阿姆斯特朗成功踏上月球表面,迈出人类历史性的一大步,也标志着人类第一次探月热潮的到来。
 
进入21世纪,人类第二次探月热潮兴起,除了原先的航天大国美国和俄罗斯外,中国、印度、日本和韩国等国也陆续加入了这一热潮。
 
今年1月,中国月球探测器嫦娥四号成功着陆在月球背面,并计划在今年年底发射嫦娥五号,实现区域软着陆及采样返回。印度在2008年10月首次执行月球探测任务,目前正在努力实现月球软着陆。韩国正在研制其首个月球探测器,最早将于明年发射。美国也在计划2024年前让宇航员重返月球。
 
各国探月计划的背后,不乏年轻一代的身影。在阿波罗11号成功登月50周年之际,《自然》杂志采访了五位年轻的月球科学家。在他们的故事中,我们可以看到新一代科学家是如何改变人们对月球的研究与认识。
 
 梅加·巴特
梅加·巴特
 
梅加·巴特:绘制月球矿物学地图
 
梅加·巴特(Megha Bhatt)是一名印度月球科学家,自儿时起便感受到月球的吸引力。
 
她出生在印度的一个小村庄,村里晚上经常断电,导致有很多时间观察星空,并为之深深着迷。阿波罗号登月的故事让她萌生了为印度航天局工作的念头,也促使她选择学习物理学和电子学。
 
2008年,印度成功发射了第一个月球探测器月船一号。巴特在她的博士论文中使用了该探测器的一些数据来研究月球矿物学。通过研究不同波长的月球反射光,她绘制出了不同矿物在月球表面的分布情况。巴特还提出了一种估算铁元素丰度的方法,用以揭示熔化的新生月亮在45亿年前冷却后如何开始形成矿物晶体。
 
目前,巴特在位于艾哈迈达巴德的印度国家物理研究实验室专注于月球遥感的研究,并继续绘制她的月球矿物学地图。研究数据主要来自月船一号,有时也需要结合一些其他月球探测器的测量数据,比如在2007年至2009年间绕月飞行的日本月球探测器“月亮女神” (SELENE probe)。“这就像侦探工作,你必须整合更多信息才能看到更大的图景。” 巴特说道。
 
“月球旋涡”是巴特试图解开的月球谜团之一。
 
这些神秘的浅色斑纹出现在月球上,就像咖啡里的奶油斑点。关于月球旋涡的形成,科学家们有几个相互矛盾的观点。其中一个流行的观点是,月球上的一些磁性岩石就像保护伞,可以保护月球表面被太阳释放的粒子和辐射,也就是太阳风影响。这些微型磁伞能够将月球表面与太阳粒子隔离开来,防止其变暗。
 
巴特正在从矿物学角度研究这些可以延伸几十公里的旋涡。在一个被称为“赖纳尔伽玛”(Reiner Gamma)的椭圆状漩涡中,她发现了其表面矿物反射光的方式的变化,这表明有多个机制分别形成了该旋涡的不同区域。她认为磁屏蔽在一定程度上可以解释一些月球旋涡的形成,但并不是全部原因。
 
印度原定于2018年3月发射月球二号探测器,但由于修改设计等原因已经4次推迟发射时间。该探测器任务包括绕月观测和在月球南极着陆,收集水冰、岩石和土壤数据。这将是第一个探测月球高地贫铁富铝岩石的探测器,该地区的化学成分还未被直接探索过。如果未来任务能够成功,巴特将转而研究这些矿物。
 
 杰西卡·巴恩斯
杰西卡·巴恩斯
 
杰西卡·巴恩斯:探索封存多年的月球岩石样本
 
预计在明年,杰西卡·巴恩斯(Jessica Barnes)将走进一个温度保持在零下20℃的大冷藏室,近距离接触一块被封存了近50年的月球岩石样本。自1972年阿波罗17号的宇航员将这块岩石带回地球以来,它一直处在冷冻状态。巴恩斯将分析这块封存多年的阿波罗原始样本中水和其他挥发性物质的含量。
 
阿波罗17号是阿波罗计划的最后一次任务,着陆点在月球北半球的陶勒斯-利特罗山谷。哈里森·施密特是阿波罗计划众多宇航员中的唯一的地质学家,他在山谷的一块巨石上采下一些样本,其中一块被带回地球后就被放到零下20℃冷藏,另外的样品则被保存在室温下。科学家们并不确定冷冻条件是否比室温更有利于样本保存,而巴恩斯将迎来绝佳的机会研究这两种保存条件下样本成分的不同之处,进而对冷冻保存技术做出评估。
 
如果不同样本中水和其他挥发物的含量相同,那么NASA未来可能就不必费心思去冻结这些从月球带回的岩石。但任何差异的存在都可能表明需要有更好的方法来保存月球样本,以维持其科学特性。除此之外,巴恩斯和她的团队还将研究这块冷冻多年的阿波罗样本的基本地质成分和化学成分。
 
巴恩斯最初是苏格兰的一名地质学学生,当她意外获得一个研究月球岩石的博士机会后,便转而开始了月球研究之旅。这个职位主要是运用纳米二次离子质谱技术,从微观领域分析月球岩石中的化学成分。
 
巴恩斯说:“我看到这份工作时简直不敢相信自己的运气,我将用一种全新的技术来研究月球岩石。我很幸运地得到了这个机会,我从来没有后悔过。”
 
目前,巴恩斯在位于美国得克萨斯州休斯顿的约翰逊航天中心工作。在著名的月球实验室中,她研究了阿波罗计划带回的各类的月球岩石,其中她最喜欢的是一种叫做橄长岩的古老岩石,这种岩石表面为乳白色,上面布满了蜂蜜棕色的矿物质。
 
今年8月,她将加入亚利桑那大学月球和行星实验室,把她对月球岩石的研究经验用于保存奥西里斯-雷克斯(OSIRIS-REx)任务收集的小行星样本。奥西里斯-雷克斯是NASA首个小行星采样返回任务,预计将于2023年完成。
 
目前,令巴恩斯最兴奋的是能够参与阿波罗样本分析项目,该项目共有9个研究团队,他们将从不同方面研究阿波罗计划带回的原始岩石样本。每隔一段时间,巴恩斯就会去参加一个会议,见到施密特——那个在月球上采集了岩石样本的宇航员。
 
 凯瑟琳·乔伊
凯瑟琳·乔伊
 
凯瑟琳·乔伊:在南极洲寻找月球陨石
 
英国曼彻斯特大学的月球科学家凯瑟琳·乔伊(Katherine Joy)也在研究月球岩石。与巴恩斯不同,她研究的月球碎片不是由宇航员从太空带回来的,而是月球遭受小行星撞击时从表面飞溅出来,穿过太空落到地球上的月球陨石。
 
乔伊会亲自去寻找这些稀有的月球陨石。今年年初,她参加了英国南极调查局组织的首次南极陨石搜寻活动。乔伊骑着雪地摩托飞驰过南极广袤的冰原,在冰面上用仪器搜寻那些看起来突兀的黑色小岩石。
 
在4周的时间里,考察队一共发现了36块来自太空的陨石。目前,这些样本刚刚通过慢船从南极洲运到英国,乔伊将在本月开始分析这些样本。她希望至少能找到一块来自月球的陨石,“我们曾经成功找到过来自灶神星的陨石,但我非常想找到一颗月球陨石。”
 
乔伊也曾研究过阿波罗宇航员带回的一些著名的月球岩石。2012年,她在阿波罗16号执行任务期间收集的月球岩石中发现了古代小行星的碎片。这一结果表明,34亿多年前原始化学成分的小行星经常撞击地球和月球。
 
相比较而言,月球陨石可以帮助乔伊更好地开展工作,因为它们来自月球各个区域。而阿波罗号带回的样本则都来自月球近侧一个化学成分独特的有限区域。
 
每一块月球陨石都是一座潜在的月球信息宝库。截至目前,科学家已经发现了大约145颗月球陨石,并通过它们了解了月球更多区域的地质情况。今年5月,乔伊及其团队报告称,在2013年南极洲发现的一块43亿年前的月球陨石中存在证据表明当时月球上已有火山爆发。
 
除了研究月球陨石外,乔伊还是一个欧洲仪器合作项目中的一员,该仪器将用于俄罗斯计划在2023年送至月球南极区域的“月球27号”着陆器。她也就行星探索的重要性向英国政府提出过建议。
 
当然,乔伊最大的梦想还是亲自去月球旅行,沿着陨石坑的一侧向下攀爬,探寻月球各个地质层的历史。