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  • 如何打造美妙的月球基地

        庞之浩

        新闻背景

        最近,美国航空航天局宣布将在10年内建立一座有人月球基地;俄罗斯也宣布计划于2031年首次载人登月,然后着手打造月球基地。我国已在今年透露,将发射嫦娥8号进行科学探测和试验,以验证建立月球科研基地的可行性。由此表明,人类将在不久的未来掀起打造月球基地的高潮。

        为何建造月球基地

        所谓月球基地,就是在月球上建立可供人类长期居住、生活及开展各种技术试验、科学研究和资源开发等的各种基础设施。

        月球上有很多得天独厚的自然环境适合人类开发。例如,月球表面含有大量的氦3。这种在地球上很难得到的物质是核聚变反应的高效燃料,可为人类提供便宜、无毒和无放射性的能源。因此,有人称月球是21世纪的“波斯湾”。另外,月球上有上百种矿藏,其中5种地球上也没有。

        因为月球比地球稳定得多,且没有大气层和磁场,并拥有弱重力、高洁净的特殊自然条件和自然环境,所以月球可作为对其它星球开展探测和研究的平台,变成进行天体物理学研究、制备一些昂贵生物制品与特殊材料等的理想场所。

        由于月球的引力只有地球的1/6,并拥有可提炼、分解成航天员呼吸所需的空气和深空飞行器所需燃料的水冰,因此它还可作为深空探测的前哨或中转站。

        总之,月球基地可以用于月球科学研究、月球资源开采利用、科学技术试验平台、月基空间观测站和载人深空探测中转站等。简单地说,在月球上能够打造理想的科研基地、能源基地和载人深空探测跳板等。美国还曾把月球当作地球的第八大洲,准备建立军事基地。

        美国现正计划通过国际合作方式研制名为“深空之门”的近月空间站,它将是月球基地建设的中转站,能方便支持月表基础设施建设和航天员在月表活动。

        准备工作十分重要

        在月球上建设规模庞大的基地是一项前所未有的宏伟创新工程,需要花费巨大的人力、物力和财力。为此,在建造月球基地之前要做大量的准备工作。例如,发射月球探测器对月球进行全面探测,目的是为建造月球基地选址;研制充当开路先锋的月球机器人等,为建立月球基地开道铺路。

        建造月球基地首先要全面而深入地了解月球。至今,虽然全球已发射了130多个月球探测器,使人类掌握了不少月球的资料,但要建设月球基地,仅靠这些资料仍然不够。例如月球的两极地区,特别是月球的背面就了解得不多。水是基地选址的重要条件,但根据目前的了解,只有在月球两极终年不见阳光的地方才存在丰富的水冰。所以今后还需要发射更多的探测器对月球,特别是两极地区进行探测。据悉,我国嫦娥6号将在月球南极进行采样返回;嫦娥7号也拟在月球南极着陆,完成综合探测任务;嫦娥8号可能会在月球北极着陆。

        建设不同的月球基地,其选址的标准和要求也不同。例如,如果要建造月球资源基地,就应根据月球资源的分布情况来选址;如果拟建造科研基地,则最好选择在月球的背面,因为那里没有地球无线电波的干扰,很适合进行天文观察。

        一般来说,月球基地选址应考虑几点:一是建在与地球能方便通信的月球正面;二是建在月面比较平坦,有利于月球飞船安全着陆的地方,并要求太阳光呈一定角度照射到月面上;三是建在月面有丰富矿产资源的地方,以便开采和利用。月球基地选址还要满足两个最基本的要求:有充足的阳光和储存丰富的水冰。从目前来看,在月球的两极建基地比较好,因为在那里既地势比较平坦,有利于月球飞船的起飞和着陆,且有一些区域接近于在太阳的永久照射之下,而在太阳照不到的地方有水冰。

        美国早在2009年就发射了用于月球基地选址的“月球勘测轨道器”,它是目前最先进的月球轨道器,今年还多次拍摄到了我国嫦娥4号着陆器和玉兔2号月球车。

        科研与资源的利用

        如果在月球上建立科研基地,就可以大规模、长时间进行月球自身科学研究、月球观测平台研究和月球科学平台研究。其中月球观测平台研究是利用月球特有的环境,将其作为一个观测宇宙和研究宇宙的理想平台。例如,月球没有大气层,重力只有地球的1/6,月震强度只有地震的亿分之一,月背没有人类活动造成的纷杂的干扰,所以很适合建造理想的天文台。另外,与建造空间望远镜相比,月基望远镜在安装、维修和跟踪等方面更容易。

        如果在月球上建立资源基地,则能很好地开发那里的氦3和其它丰富矿藏。

        利用月球基地,可开采月球土壤中丰富的铝、铁、硅,并直接生产成建材来建造房屋;也能采用3D打印技术就地取材建造月球村,欧洲就准备采用这种方案。这样做不仅能节省成本,还可利用月壤建造的半地下房子抵抗月球的极端温差和太阳照射。

        勘测表明,月球两极有大量水冰,开发它既能满足人在月球上的需要,还可把它分解成氧和氢,成为载人登月飞船或在月球中转的火星飞船的燃料。

        为了解决运输问题,降低成本,可直接在月球上建造核电站。它发出的巨大电力除能供月球基地使用外,还可通过中继卫星传送给地球人使用。另外,在月球上建核电站不用担心核泄漏等问题。

        也可以在月球上建太阳能基地,因为月球表面几乎没有大气,太阳辐射可以长驱直入进行高效率发电,而且很容易满足用目前的光电技术进行太阳能发电所需大片光照充足土地的要求,因为月球上有的是土地。

        建造基地具体步骤

        经过长期研究,航天专家们已提出了多种月球基地建造方案,例如:

        第一步:建设机器人基地,用机器人月球基地“打前站”。其优点是比建真人基地经济便宜,设备简单,风险较小,无生命危险。

        第二步:建设可容纳6人、逗留6个月的初级基地。它既可以是固定式的,也可以是移动式的。其中移动式月球基地是将基地的居住舱装上4到6个轮子或机械腿,最大优点是可以让航天员在月球上的不同地方进行调研和考察。

        第三步:建设可容纳24人的中级月球基地。它由3个埋在月球的地下且对接在一起的空间站舱组成,上面盖有1.5米至2.0米厚的土壤,目的是防止宇宙辐射伤害人体,同时还有利于保持舱内的温度。其研制时间为1年,寿命10年。

        第四步:建设能容纳120人的高级月球基地。它可建在月球的熔洞内,也能用由月球岩石加工、混合而成的钢筋混凝土建在地下。从地球到月球轨道的运输采用可多次使用的重型航天运输系统。其研制时间为5年,寿命30年。

        第五步:建设能容纳250人的月球工厂。除开采月球矿物以外,月球工厂还要负责生产一些重型设备。这些设备除供月球移民区的建设外,还供太阳系其它行星和天体的开发之用。其使用寿命30年。

        最后一步:建设能容纳2000人的月球移民区。其建设是把数个高级月球基地联结起来成为一个超大规模的月球基地网。其研究、设计和建造可能需要30年时间,是人类在月球上的一个永久性的定居点。

        (作者为全国空间探测技术首席科学传播专家)

        延伸阅读

        月球基地系统组成

        月球基地一般包括两个最基本、也是最重要的设施,那就是可供航天员生活和工作的加压居住舱和生命保障系统。因为人在登月的全过程中会面临失压、缺氧、低温和辐射损伤4大危险。所以,月球基地也要像其它载人航天器一样,必须有加压居住舱和生命保障系统。

        在月球基地不同的发展阶段可以建不同的居住舱。比如,初级基地的居住舱可用移动式居住舱,也能直接使用登月飞船上的月球着陆器。高级基地一般采用由金属结构或钢筋混凝土结构制成的固定式居住舱。

        月球基地上所使用的生命保障系统也随基地的不同而不同。初级基地的生命保障系统是非再生式的,即其上的氧气、水和食物要依靠来自地球的补充供应。此后建造的基地的生命保障系统是再生式的,即其上的氧气、水或食物都要靠密闭循环处理和绿色植物的光合作用来就地解决。

        除了加压居住舱和生命保障系统外,供电系统、出舱活动系统和月球漫游车也是月球基地上必不可少的重要设施。

  • 2500万年前青藏高原中部还生长热带棕榈

        岳冉冉 张玺 科植

        我国科学家在青藏高原中部发现了一片距今约2500万年的棕榈叶化石,根据对这一化石的研究,科学家推测出了青藏高原年轻时的模样,同时也将青藏高原中部的抬升史推后了至少约1000万年。该成果于北京时间7日发表在国际期刊《科学进展》上。

        该化石是中国科学院在第二次青藏高原综合科考时发现的。科考队在藏北伦坡拉盆地距今约2500万年的地层中,采集到了这一叶片化石。整个标本长度达1米,叶脉清晰可见。

        论文第一作者、中科院西双版纳热带植物园研究员苏涛说,全球现生棕榈科植物共有2500多种,主要分布在热带和亚热带地区,可以说它们在高寒高海拔地区根本无法存活。能在青藏高原发现棕榈科植物化石,实属罕见。

        研究人员结合现生棕榈科植物分布区,分析了制约其生长的关键气候要素,并利用古气候模型模拟了13种不同的地形地貌情景后,推测出了青藏高原年轻时的模样。

        在2500万年前,青藏高原的中部有一条东西向的峡谷,峡谷里生长着棕榈,而峡谷两侧则是海拔约4000米的高山。“这一峡谷地貌直到约2300万年前才逐步消失,青藏高原中部的海拔逐渐抬升,并超过了4500米,最终变成了今天我们看到的高海拔荒原。”苏涛说。

        关于青藏高原隆升的时间和幅度,学界有不同观点。有学者曾用同位素分析,认为青藏高原中部在3500万年前已经达到了接近现在约4500米的高程。

        棕榈叶化石的发现将青藏高原中部的抬升历史推后了至少约1000万年,也为学界认识青藏高原的形成演变提供了新的化石证据。

        近年来,版纳植物园和中科院古脊椎动物与古人类研究所联合组成的青藏高原古生物科考队,在人迹罕至、海拔近五千米的青藏高原核心地区开展了多次野外科学考察,陆续发现了多个新的、不同地质时期和地点的化石生物群。此次报道的大型棕榈科叶片化石,与之前报道的该生物群中的攀鲈、椿榆、栾树等,表明地质时期的青藏高原生物多样性远比现在要高很多,正是由于高原抬升所引起的环境变化,导致许多物种在这一地区逐渐消失。

  • 银河系有多“重”

        罗国芳

        银河系到底有多“重”?一个国际团队日前报告说,他们利用美国航天局哈勃太空望远镜和欧洲航天局“盖亚”探测器对银河系进行了迄今最精确的“称重”,认为银河系质量大约相当于1.5万亿个太阳质量。

        美国太空望远镜科学研究所、欧洲南方天文台等机构研究人员在新一期美国《天体物理学杂志》上报告说,在银河系总质量中,约2000亿颗恒星以及银河系中心一个超大质量的黑洞仅占很小的比例,其余大部分质量来自暗物质,后者是一种看不见的神秘物质,它就像宇宙的“脚手架”,把恒星固定在星系的某个位置。

        宇宙中最轻的星系质量仅相当于10亿个太阳质量,最重的星系质量达到30万亿个太阳质量。因此银河系属于宇宙中比较重的星系,这对于一个明亮的星系来说十分正常。

  • 夜视“眼药水”

        周舟

        哺乳动物一般只能看到波长为400纳米至700纳米的可见光。现在人们可以利用红外夜视镜在晚上看到物体发出的红外光,但夜视镜有笨重和需电池等缺点,还通常不能在白天使用。

        美国马萨诸塞大学教授韩纲与中国科学技术大学教授薛天等人日前在美国《细胞》杂志上发表论文说,他们开发出一种含有特殊纳米颗粒的“眼药水”,这种纳米颗粒能与眼睛中的感光细胞结合,成为无需外界供能的“纳米天线”。它能吸收近红外光,将其转换为感光细胞可见的绿光。

        动物实验显示,将这种“眼药水”注入小鼠眼睛中后,小鼠不但能感受到近红外光,还能识别发出近红外光的三角形或圆形等图案,且在白天也能识别近红外光图案,这表明“纳米天线”可与常规视觉共同工作。大约10周后,这种夜视能力消失,小鼠正常视觉没有受到影响。

        韩纲表示,理论上这种“纳米天线”对人也有效,研究团队计划在狗身上开展进一步实验。

  • 人类为何睡觉?

        王信强

        人的一生中,有三分之一时间要用于睡觉。以前光知道,睡眠有助于加强记忆和提升学习能力。至于为什么会这样,还有其它什么功效,则知之甚少,迄今为止缺乏系统科学解释。

        据英国《每日邮报》报道,以色列巴兰大学里奥·艾波包姆教授领导的一个科研小组,最近开展了一项实验。实验是在斑马鱼身上进行的。斑马鱼基因与人类基因相似度高达87%,胚体透明,大脑组织与人类相近,是最理想的实验动物。在其身上的实验结果多数情况下也适用于人类。

        通过3D高清晰延时摄影拍摄的图像和高分辨率显微镜观察,以色列科研人员发现了睡眠的奥秘。斑马鱼白天醒着的时候,染色体不太活跃,虽然对被损害的脱氧核糖核酸(DNA)的修复也在进行,但远远不够,从而造成对脱氧核糖核酸的损害不断堆积,直至达到危险水平。到了晚上,当鱼睡觉时,染色体活动频繁,其活跃程度一下增加两倍,从而有效修复白天遭到损害的脱氧核糖核酸。晚上,如果频繁敲击鱼缸,不让其睡眠,持续下去,鱼就会濒临死亡。

        这一发现也使人们了解到,睡眠是如何对大脑活动、衰老及各种肌体紊乱产生影响的。

        本版部分图片来源:视觉中国