为什么月船3号降落在月球南极附近？为什么其他人也想去那里？

December2017

1996年美国宇航局的克莱门蒂号飞船拍摄的月球南极图像。(图片来源:美国宇航局/JPL/美国地质调查局)

据美国太空网（罗伯特·李）：周三(8月23日)，印度的Chandrayaan-3任务成功降落在月球南极附近。印度空间研究组织(IRSO)的任务创造了历史，不仅因为它见证了印度成为继苏联、美国和中国之后第四个成功登陆月球的国家，还因为它宣布印度是第一个登陆月球南极的国家。

着陆器的到达在ISRO的推特账户上被标记为来自月球表面的月船3号的文字:“我到达了我的目的地，你也是！'

但是，IRSO的任务，已经部署了一个机器人漫游车开始探索月球南极，并不是唯一的目标。

大约在2025年，作为Artemis 3任务的一部分，美国宇航局计划让人类50年来首次踏上月球。这一旅程也将包括第一位女性和有色人种。但即使在此之前，美国航天局的挥发物调查极地探索漫游车(VIPER)预计将在2024年进行为期100天的任务，探索南极。

中国，随着其蓬勃发展的航天工业，不会被排除在这次月球南极行动之外。该国航天局计划在2026年发射嫦娥7号和一辆新的月球车。

那么，为什么对月球南极的兴趣越来越浓呢？讽刺的是，这主要是因为一些很酷的东西。

科学家们之所以对月球南极作为着陆点感兴趣，主要是因为他们知道该地区以冰的形式存在水。当然，正如我们所知，水对生命来说是必不可少的，但它还有其他用途。例如，它可以作为设备的冷却剂，甚至提供火箭燃料。后者可能对将来某一天从月球发射到火星的任务特别有用。

这意味着，随着太空机构开始考虑太空的可持续性以及载人太空任务的下一个时代，在月球上就地收集水用于饮用、冷却机器，甚至分解成氢气和氧气以提供可呼吸的空气或燃料的能力具有巨大的价值。

此外，月球上的水具有纯粹的科学价值。它可以用来记录月球上的地质活动，如月球火山，甚至可以充当小行星撞击跟踪器。

虽然在月球表面已经探测到了水，但大多数水冰信号来自两极。



LRO号在月球南极拍摄的月球表面照片(图片来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心/科学可视化工作室)

在月球南极，只有高耸的山峰被太阳照亮。这是因为由于月亮的倾斜，太阳总是位于地平线周围。更多的低洼地区被永久笼罩在阴影中，字面上称为永久阴影区(PSR)。

PSRs中的温度可降至零下418华氏度(-250摄氏度)，这是如此寒冷，比冥王星还冷——但这意味着它也是保持水冰的理想地点。

任何进入PSR地区的水分子都会立即冻结。它们被困住也是因为天气太冷，它们无法蒸发。这些水分随后落到地表，与月球土壤混合在一起。这个过程导致了月球南极大面积水土的增长。



2009年10月9日，美国宇航局LCROSS任务的艺术家插图，该任务将两个探测器撞向月球，并扬起月球灰尘。(图片来源:NASA)

2008年，ISRO的“月船1号”飞船携带美国宇航局提供的名为“月球矿物测绘仪”( M3)的科学仪器进入月球轨道，这是首次探测月球水的一部分。这确定了月球南极环形山内水冰的存在。

次年，在2009年，美国宇航局的月球勘测轨道飞行器(LRO)有目的地用月球陨石坑观测和传感卫星(LCROSS)在月球南极撞上了一个黑暗的陨石坑。这产生了LCROSS喷射穿过的碎片羽流，使其能够探测到隐藏在黑暗中的水冰。

然而，有一个小问题，羟基(OH)分子被混淆为水分子(H2O)。这种担心在2020年得到缓解，当时美国宇航局平流层红外天文望远镜(SOFIA)的数据证实了首次在月球南极明确探测到水。

基于SOFIA的数据，科学家们估计月球南极每一立方米(刚刚超过35立方英尺)的月球土壤中可能有多达12盎司的水。

根据行星协会的说法，当考虑月船1号和LRO的数据时，月球的两个极点拥有超过6亿吨的水冰。这足以填满大约240，000个奥林匹克规格的游泳池。

专家说，这只是一个低端估计。

因此，在月球南极周围有如此难以置信的宝贵资源，难怪在ISRO的月船3号任务本周软着陆之前，太空机构还没有蜂拥而至，在那里进行一些太空探测。

事实证明，这是有充分理由的。

为什么我们以前没有在月球极点着陆过？

在月球南极附近着陆并不容易，部分原因与最初让着陆变得如此令人向往有关。月球南极的阴影有助于保存水冰，这意味着在那里软着陆很棘手。

大多数月球车依靠相机来引导它们最终接近月球表面，确保避开障碍物和危险，如巨石或陨石坑。

即使在月球上光线充足的地区着陆也是有风险的。一个足以掀翻航天器的巨石和一个着陆器之间的偶然相遇将会导致任务的灾难性后果。

因此，在阴暗的月球南极，风险大大增加。

例如，月球南极缺乏像月球赤道那样的大面积平坦地形，这一事实也放大了这种风险。众所周知，月球两极的地形坑坑洼洼，更有可能是斜坡和岩石。



印度的Chandrayaan-3号宇宙飞船在降落到月球南极时拍摄的一系列月球表面图像。(图片鸣谢:ISRO)

而且，月球的南极从地球上甚至看不到。

这意味着科学家们对它的了解完全来自像LRO号这样绕月球运行的航天器，这些航天器收集了关于该地区及其地形的精确信息。

任何试图在南极着陆的月球飞船都必须能够承受那里令人难以置信的低温。此外，缺乏阳光造成的这些温度也带来了另一个问题:一辆月球车误入月球南极的许多PSR之一，将与太阳失去联系，这意味着它不能依靠太阳能运行，而必须有一个核动力源。

似乎所有这些还不够，PSR还在地球的视线之外，这意味着在阴影区域向任务控制中心传递信息至少是一个挑战。

未来的任务将把月球南极地形的测绘提高到一个全新的水平，特别是毒蛇任务，寻找可以被Artemis计划的船员开采和利用的资源。

此外，环绕月球的轨道飞行器正在探索地球危险的极地区域，寻找合适的着陆区，以限制(如果不能完全消除的话)着陆的风险，同时避免任务失败的威胁。

此外，为了描述这些风险，至少有一个航天国家最近非常清楚地意识到月球南极可能发生的动荡。

就在月船3号着陆的前几天，俄罗斯计划在8月10日发射的月球25号47年后，光荣地重返月球表面。但在8月19日，Roscosmos通过其电报反馈宣布，它已经失去了与该任务的联系。

Luna-25宇宙飞船在着陆准备期间撞上了月球表面。

如果成功的话，Luna-25将会在月球南极的土壤中搜寻水冰。“这非常令人失望，”开放大学的行星科学家西蒙·巴伯告诉《自然》。

“这凸显了登月并不容易。”