全球气候变暖,物种灭绝加快,资源日益枯竭,核灾难一触即发……地球正面临种种十分严峻的危机,难怪著名物理学家霍金发出了“人类必须离开地球”的警示。
如果要让许多人都离开地球,唯一现实的途径就是移民其他星球。这是一个任重而道远的目标,因为受今天的太空飞船推进技术等因素所限,要想真正实现人类大规模移民其他星球,也许还得等上100年甚至1000年。不过,移民外星的计划实际上已经展开:早在几十年前就成功完成了“阿波罗”载人登月任务,而美国人不久前又宣布将在2024年之前建立有人定居的月球基地。可以说,人类移民外星的目标已经越来越清晰。
说到移民月球,人们首先想到的一定是著名的“阿波罗登月计划”。其实,这个计划并不是孤立的科研项目,而是有延伸和发展的,这就是“重返月球和载人上火星计划”。
1989年7月20日,老布什总统在美国宇航局召开的庆祝“阿波罗登月”20周年大会上宣布了“重返月球和载人上火星”计划,并说该计划将在21世纪初完成。此后,经过美国宇航局15年的努力,2004年,美国现任总统布什宣布:美国将在2020年重返月球,随后还将载人上火星。这是一个恢弘的空间考察计划,它比20世纪60~70年代的“阿波罗登月计划”更宏大,范围更广阔,它代表了2010年航天飞机退役后空间探索的一个新时期。
“重返月球和载人上火星计划”的主要内容包括:宇航员返回月球,在月面建立永久前哨基地,进而从基地出发飞向火星。计划的时间表是:2009年,第一艘全新型月球飞船进行第一次试验;2014年,新型登月飞船进行第一次载人飞行试验,主要目的是考察飞行器的运载能力,但不在月球登陆;2020年,4名宇航员乘新型飞船第一次登上月球;2024年,在月球南极建立一个长期有工作人员逗留的国际性营地,在此营地,宇航员最初只逗留1个星期,而后将达到6个月。
该计划是美国宇航局在征求了澳大利亚、加拿大、中国、法国、德国、英国、印度、意大利、日本、俄罗斯、韩国以及乌克兰等拥有空间科学技术的国家和地区的专家的1000多次意见后提出的。美国宇航局希望,月球前哨基地所用的氢、氧和其他物质能够利用月球资源生产,去月球基地的人既可以是宇航员,也可以是旅行者。去月球的运载工具由美国设计、制造,欢迎国际空间站现有的合作伙伴——俄罗斯、欧洲空间局和日本加盟,提供资金、技术和物资支持。
像“阿波罗登月计划”一样,新的登月计划也用一艘飞船飞往月球,但它和“阿波罗计划”有明显的不同。第一,在“阿波罗计划”中,宇航员在月面逗留的时间最长只有几天,而新的登月计划则要求宇航员在月面长期逗留,最少不得短于6个月。第二,在“阿波罗计划”中,每次飞行都由3名宇航员参加,其中2人登月,1人在“阿波罗飞船”上环绕月球作轨道飞行,而新的登月计划要求每次飞行都有4名宇航员参加,并且所有宇航员都将登上月球。第三,在“阿波罗计划”中,飞船6次登月,所有登陆点都在赤道附近,而新的登月计划的设计者则看中了月球南极附近的自然条件及其功用,即:有3/4的日照时间,有充足的太阳能可以利用;这里存在“水冰”,可以用来提取生活用水;月球南极附近可能存在对将来建设高水平的月球前哨基地有用的矿产资源,因此新飞船的登陆点可选择在月球南极附近。第四,在“阿波罗计划”中,登月的宇航员都是来去匆匆,在月面停留的时间最多只有几天,有的甚至只有几小时,因此他们不能在月面建设基地,而新的登月计划规定,宇航员登月后至少要在月球上生活180天,要在那里建设月球基地。第五,“阿波罗计划”的一切工程都是由美国人完成的,而在新的登月计划中,世界上14个具有航天科学技术的国家和地区的宇航局以及私人公司、企业、财团和大学都可以投资和参加工作。
月球和地球之间隔着一条384000千米宽的宇宙长河,其间虽没有急流险滩的阻隔,却有近似真空的难关。那么,4名宇航员怎么登上月球呢?2006年4月,在美国宇航局倡议下,全球考察战略和美国月球建筑学会议在华盛顿召开,会议文件给出了这个问题的答案。出席会议的有上面提到的14个国家和地区的代表。根据与会代表的提议,美国宇航局整理出200个研究项目,它们分属于6个主题,分别是:人类文明,科学知识,探测准备,全球合作,经济推广和公众事业。在“探测准备”里指出,美国宇航局准备用“猎户座”飞船替代“阿波罗”飞船运载宇航员登上月球,然后去火星。
“猎户座”飞船是美国宇航局专为载人上月球设计的,飞船的名字来源于由天空中一批亮星组成的星座,所以这个计划也被称为美国宇航局的“星座计划”。“猎户座”飞船是一艘多功能飞船,除了载人登月和上火星外,它也可以为在低轨道上飞行的国际空间站服务。美国宇航局定下的目标是,保证“猎户座”飞船的主要飞行任务集中在既定的计划——载人登月,但不排除它做其他事情的可能性,例如,它可以在2020年去取在轨道上飞行的“哈勃空间望远镜”,或者飞到一颗小行星上去。总之,一句话,当航天飞机在2010年退役后,“猎户座”飞船将是载人航天飞行的主要运载工具。
“猎户座”飞船出自名门,是美国宇航局最重要的研究成果之一,它融入了美国宇航局两个研究小组30多年的心血,保留了“阿波罗”飞船和航天飞机的最重要优点,并且增加了成功的可能性。在被选择作为载人登月运载工具之前,设计者又用了13个月时间进行加工和修改,使它做到了精益求精。现在的改进型“猎户座”飞船虽然借用了“阿波罗”飞船的形状和航空动力学性能,但它的计算机、电子线路、推进器、生命支撑系统和热屏蔽系统等的先进性都超过了“阿波罗” 飞船的相应系统。“猎户座”飞船被放在运载火箭的助推器顶上,可以预防飞船在上升过程中因冰、泡沫以及发射系统的碎片脱落等引起的意外。此外,为了在紧急情况下可以将密封舱和宇航员分开,保证宇航员的安全,飞船还增加了逃逸系统。
改进型“猎户座”飞船虽然形状像“阿波罗” 飞船,但它比后者大得多,其指令舱直径约为5米,舱内体积是只有3个座位的“阿波罗”飞船的2.5倍。“猎户座”飞船能运载4名宇航员上月球,并且有足够的推进剂允许它登陆月面任何地方。这种结构为飞船在月球南极地区降落提供了保障。根据设计,在新登月计划开始执行的时候,宇航员将在月面停留4~7天,以后在月面停留的时间将增加到6个月,最后能将6名宇航员送上火星。“猎户座”飞船的另一个特点是特征明显,只要它降落到干燥地面上,回收人员就能很容易地找到它并将它修复,使它能反复飞行10次之多。
好马配好鞍,好飞船应当配备好的发射系统。将登月宇航员发射进太空的发射系统是“阿里斯-1号” 火箭,它是根据强大而可靠的航天飞机固体火箭推进器制造出来的,能将20吨的载荷发射到比较低的地球轨道上。
让宇航员登上月球只是人类离开地球的第一步,人类的最终目标是在别的星球上开辟新的生存空间,并把地球人迁移到别的星球上去。同这个伟大的目标相比,载人登月仅仅是宇宙移民这一“万里长征”的“一小步”,后面的路还很长。在这一伟大的征途中,接着要走的“一步”是建设月球前哨基地,为开发月球提供基地,为通往火星、小行星和其他天体提供跳板。根据现有规划,月球前哨基地至少要能让4名宇航员在其中生活6个月。
宇航员要在月球基地里生活,必须具备必要的生活条件,主要是空气、液态水、适宜的温度和必要的能源。这些生活条件都要隐含在月球基地(住宅)的设计里,因为月球基地(住宅)是宇航员的最基本的生活场所。
月球基地既是宇航员在月球上休息的住宅,也是宇航员在月球上工作的地方。无论是对进行月球考察的宇航员来说,还是对利用月球作跳板飞向其他星球的宇航员而言,月球基地都是不可缺少的。美国宇航局正在尝试设计最佳的月球住宅模型,以便根据模型建造月球前哨基地。已经提出的模型有两种。一种叫做“月球住宅垂直模型”,这是一个3层楼设计,看起来像是彼此叠在一起的大桶。另一种叫做“月球住宅水平模型”,它是长长的圆筒,与以往的空间站形状差不多。两种模型中都设立了生活区、卫生区、厨房、供吃饭的中央区和娱乐区,也都有足够的空间做实验室、工作区和体育锻炼站等。
为了保证宇航员长期在月球基地里生活和工作,基地里除了备有空气、液态水、适宜的温度和必要的能源外,还必须有生命支持系统、食物供应系统和宇宙辐射防护系统。
宇航员的生命支持系统最初是由宇航员带上月球,过一段时间后,有可能从月球土壤里提取氧和氢,供生命支持系统之用。在第一代住宅中,用月球资源生产的气体仅作为从地球带去的气体的补充;随后,从地面带去的气体和在月面生产的气体将各占一半;最后,生命支持系统所需的气体完全利用月球资源生产。
同生命支持系统一样,宇航员的食品最初也是由宇航员随身携带的贮存食品,有可能的话,宇航员还将在月球上开辟菜圃种植植物以补充食品的不足。
防护宇宙辐射很重要,是月球基地的基本工作之一。不过,月球基地的防辐射要求与空间站的要求不同。在月球基地建设中,防辐射不是突出的问题,至少在设计和制造当中不是突出的问题,这是因为在月球上可以利用局部月球资源提供防护,具体地说,就是可以把月壤或沙袋放在月球基地周围和顶上,防护从宇宙来的辐射,也可以在月球基地周围安装蓄水池,利用水作防护。
会对月球前哨基地造成实质性威胁的主要是“月震”——月球上的地震。月震与地球上的地震相类似,是月球表面坚硬的一层——月壳的一种震动。最初发现月震的是美国学者尼尔,后来一个由15个行星科学家组成的小组对“阿波罗”飞船带回的登月资料进行分析后也得出了同样的结论。根据1969~1972年间“阿波罗”宇航员在月面安置的月震仪的测量(这种测量一直持续到1977年),月球上至少存在四种月震:第一,潮汐引起的月球表面以下700千米的深层月震;第二,陨星撞击造成的震动;第三,在月球上每2个星期的寒夜(月球自转1圈是月球上的1天,相当于地球上的29.5天,所以月球上的1夜大约相当于地球上的2个星期)过后,在第一个早晨的太阳照耀下,寒冷月壳出现膨胀所造成的热震动;第四,发生在月球表面以下20~30千米的浅层月震。
前三种月震通常是温和的,没有多大伤害,而第四种月震则非常“凶险”。据“阿波罗”月震仪网站的记录,在1972~1977年期间,月球上共发生了28次明显的浅层月震,其中最大的达到5.5级。浅层月震持续时间较长,最长可达10分钟,而且像门铃一样响亮。这与地球有很大的不同。在地球上,陨星撞击引起的地震通常很小,半分钟内就会消失,原因是地球上有水,水能减震。而在月球上,情况就不同了。月面干燥、严寒,冻得像石头,月震在月面上就像音叉一样振荡,即使月震本身不强,也会余音缭绕,经久不息。因此,对月球住宅来说,持久性的损害可能比月震的级别更重要。因此,为了防止月震的破坏,需要对月球基地建筑材料的抗疲劳程度有所了解,以便选取能抗震的建材。
总而言之,在建造实用、可行的月球基地之前,还有不少技术障碍亟待克服,这也正是建设月球基地的计划期长达20多年的主要原因。重上月球是一件有益于科学发展的大工程,在这项工程完成后,航天科学必将大大向前推进一步,人类也将向外星靠近一步。目前,我国已向世界宣告:中国人要探测月球!我国的月球探测工程——“嫦娥工程”早已启动。2007年,中国的“嫦娥”就要飞天了!
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阴影:当心假象!
月球是一个既无空气又无液态水的死气沉沉的世界。由于没有空气传播声音,月面上是悄无声息的,即使两个人面对面说话,互相也只能看到对方的嘴唇在动,听不见说话声。由于没有空气散射阳光,即使在阳光直射的月面部分,同样也是一片漆黑。
以上是科学家们曾经对月球的看法。然而,对亲自登上月球的“阿波罗”宇航员来说,月球上的景象并非如此。
在“阿波罗”飞船登月时,飞船载着3名宇航员飞到月球附近,进入环绕月球的飞行轨道。在这个轨道上,两名宇航员离开飞船(称为“母船”),乘登月舱飘向月球;另一名宇航员则继续乘母船环绕月球作轨道运行。当“阿波罗-11号”的登月舱(叫做“鹰”)在月面一个叫“雨海”的地方登陆时,母船的影子正好落在雨海上。宇航员发现,尽管在“鹰”的内部光线非常暗,但是在“鹰”的外面,月球上的阴影并不是“绝对的黑”,“像小草、人行道、脚趾之类东西应该都能看得清楚。”两位登月宇航员——阿姆斯特朗和奥尔德林甚至还能在月面的黑暗中使用电视摄像机和各种地质工具。“阿波罗-14号”登陆在月面的弗拉•摩洛高地,登月区域的月面亮度允许宇航员谢泼德和米切尔“忙碌地从登月舱里卸货”和“用手动工具插进小孔开锁”。
这个奇怪的现象是一般常识所解释不了的。在地球上,阴影内部的光线来自天空。太空光线被地球大气中的分子散射到各个方向,地球周围才出现光亮。由于蓝光比红光散射得更厉害,所以地球的天空呈蓝色。有些光线甚至落到地面的影子里,所以在雪白阳光影子里的脚印是蓝色的。因此,假如没有大气,地球上将是一片黑暗,犹如黑夜笼罩在周围。既然月球上没有空气来散射阳光,那么月球上的景色理应是一片黑暗,可为什么宇航员们看到的情况并非如此呢?原来,这是不太光滑的月球表面的反光起的作用。凹凸不平的月面把一部分阳光反射到月球周围,为月面本身提供了微弱的照明,而这些微弱的光线为宇航员在月球表面活动提供了方便。
朦胧的阴影不仅能提供光亮,有时也能给死气沉沉的月面带来情趣。典型的例子是宇航员在自己头部的影子周围看到的一圈银白色辉光(也叫“晕”),很像是“峨嵋佛光”。更有趣的是影随身动,人动光移。这个现象最初是由“阿波罗-11号”宇航员奥尔德林发现的。他报告说:“在我头盔影子周围有一圈辉光。”后来发现,在阿姆斯特朗的头顶影子上也有。经研究,辉光是这样产生的:月球表面的尘埃黏结在一起,形成了绒毛状塔形结构,这些“微型塔”在与太阳相反的方向上投下很深的影子;每个尘埃塔的影子都藏在后面,所以那些区域看起来比它周围亮,因而出现“佛光”。这种银白色的辉光笼罩在黑色头像周围,酷似童话里的城堡,所以它得到一个颇有情趣的名字——“仙女城堡”。
月球上的阴影还会给初上月球的宇航员一个假象。“阿波罗-12号”的两位登月宇航员——康拉德和比恩就遇到了这种情况。“阿波罗-12号”登陆在月面一个叫“风暴洋”的地方,主要飞行目的是取回3年前发射的美国“勘测者-3号”飞船上的电视摄像机,同时观察它经受恶劣的月面环境后所起的变化。“勘测者-3号”停在距离风暴洋548米的一个有影子的陨击坑中。在登月过程中,康拉德和比恩从登月舱的舷窗里看到,“勘测者-3号”位于一个40度的斜坡上。登月后,他们打算用绳子把它拖上来(在地球上,从548米外一个40度斜坡下取回一架电视摄像机是不难的,可在荒芜的、只有1/6地球引力的月面上,要完成这项任务并非易事),后来却发现它其实就在平地上,只需沿一个很小的10度斜坡走下去就可以到达,根本就不需使用绳子。
为什么会出现子虚乌有的40度斜坡呢?这也是月面影子耍的把戏:在康拉德和比恩看见“勘测者-3号”时,太阳位于较低的位置,“勘测者-3号”顶上有阳光,而底部则在很深的黑暗中;因为地球上类似的现象是斜坡造成的,所以两位宇航员误以为“勘测者-3号”停留在40度的坡上。由此看来,阴影制造的假象会给宇航员在月面活动带来麻烦,也将给未来月球定居者的生活造成影响。
月球上的奥运基地
月球上有一个叫做“阿尔卑斯”的山脉,其高度、山势和景象都和地球上欧洲的阿尔卑斯山相似。月球上的阿尔卑斯山来自40亿年前一颗巨大小行星的撞击,这次撞击撞出了雨海,飞溅的撞击物形成了阿尔卑斯山脉。在很久以前,月球阿尔卑斯山和地球阿尔卑斯山一样,都呈锯齿状,表面凸凹不平。后来,由于流星的长期撞击,月球上的阿尔卑斯山的岩石被撞成尘埃和比较光滑的峰巅。
地球上的奥运会在1896年首次举行后,大多数冬季奥运会比赛都在阿尔卑斯山举行。有人异想天开:可不可以把冬季奥运会搬到月球阿尔卑斯山去举行?事实上,月球阿尔卑斯山的确有举办冬季奥运会的条件——那里晴朗的天空、无风的天气、适中的斜坡和较小的引力(只有1/6的地球引力)都很适合滑雪,尤其是那里厚厚的月球尘埃粉末颇像地球上的积雪。
月球上适合举行冬季奥运会的区域叫“奥林匹克地区”,原名为“柏拉图环形山”,是以古希腊哲学家柏拉图的名字命名的(柏拉图不仅是哲学家,而且是奥林匹克运动员,他曾两次战胜过他的竞争者)。柏拉图环形山底部平坦,填满了建造奥运村所需的材料和其他物质,而且像举行过冬季奥运会比赛的意大利城市都灵一样靠近月球阿尔卑斯山。
在月球上能进行哪些体育比赛呢?滑雪和田径运动都可以。几位在月球山区登陆的“阿波罗”宇航员对覆盖着厚厚月球尘埃的月球山脉记忆犹新,那里就像童话里的冬季仙境,是很好的滑雪场。去那里滑雪吧!那将是很惬意的事。不过,去月球上滑雪,别忘了在出发前穿上你的宇航服,因为毕竟是去月球!
“阿波罗-14号”登月舱驾驶员米切尔曾经在飞船登陆的月面弗拉•摩洛高地滑过雪,他当时向地面报告说:“这里美极了!它使我想起爱达荷州的滑雪胜地太阳谷。”“阿波罗-15号”登月舱驾驶员欧文也从飞船登陆点附近蜿蜒曲折的哈得利谷发回信息说:脚下,土壤像柔软的雪粉做成的垫子,它上面的哈得利·德尔塔山就像具有极佳滑雪条件的太阳谷的塔拉山一样。
既然月面上的滑雪条件可以与地球上巨大的滑雪胜地太阳谷相比,那么可不可以去那里参加比赛呢?“阿波罗-16号”登月舱驾驶员杜克曾经驾驶月球车绕行月面的笛卡尔高地,他报告说,在月球上开车“没问题,就像在雪地里开车一样”。“阿波罗-17号”登月舱驾驶员施密特是一位地质学家,他在飞船登陆的月面陶拉斯•利特罗地区试验过滑雪技术,并且很快发明了无轮滑雪方法——“月球越野滑雪”,当然,这种方法只能用在月球上。施密特说:“35年后,你将可以在月球尘埃上滑雪,我也可以,大家都可以。想象一下摆动你的手臂和你的腿穿过原野的姿势吧:你的脚蹬一下,身子便在月面上向前滑行一段距离,蹬、滑,蹬、滑……你留在月球尘埃上的唯一记号就是脚印。”“阿波罗-17号”宇航员塞尔南则认为,不需要这样“大步慢行”,只需像大袋鼠那样单足跳就行了。在地球上做跳跃动作是很困难的,原因是地球的引力大,而在1/6地球引力的月面上做各种跳跃动作显然要容易得多。在地球上,世界跳高冠军的最好成绩是两米多,而在月面上,一般的跳高运动员纵身一跳就能跳过四五米高度。不过,在月面滑雪的唯一问题是没有真雪,这真是个巨大的障碍。
当然,在月球上举办奥运会也须精心选择奥运场地,因为月球上有厚厚的尘埃。月球尘埃是一种奇怪的物质,软得像雪,有很强的研磨作用,气味则像燃烧过的黑色火药。月球尘埃的黏结和吸附能力尤其惊人,一旦粘在手套和衣服上,用刷子刷也无济于事。“阿波罗-17号”宇航员塞尔南说,取下头盔和手套,就能感觉到、闻到甚至尝到月球尘埃。施密特则说:“我第一次月面行走后取下头盔时,对月球尘埃有明显反应,鼻甲骨肿大,以后数小时感觉减退。但第二次、第三次月面行走后,反应就小多了,这可能是我对月球尘埃增加了免疫力的缘故。”这就是说,月球尘埃对体育比赛和运动员的健康有明显的影响。未来登月参赛和玩耍的人切莫大意哦!