◎科技日報記者 張曄 金鳳
“美國阿波羅計劃17次把宇航員送上太空，都完美地避開了太陽質子事件，包括1972年那次輻射量足以致命的太陽粒子爆發。是他們特別幸運嗎？”
4月24日，2021年“中國航天日”探月工程論壇在南京舉行，中科院國家空間科學中心主任王赤院士向臺下聽眾提出了這樣一個問題。
答案顯而易見，當然不是。“美國很早就開展了太陽質子事件的預報，并避開了太陽爆發。”王赤說，所以我們未來的載人登月，空間天氣預報也是非常重要的。
2020年12月17日，嫦娥五號帶著1731克月球樣本，穩穩降落在內蒙古四子王旗，宣告了我國探月工程“繞、落、回”三步走戰略圓滿完成。
那么，歷時十多年的中國探月工程，只是為了從38萬公里之外的月球取回一罐土嗎？當然不是。在當天的論壇上，來自中科院國家天文臺的王競研究員、中國地質大學（武漢）的肖龍教授，以及王赤院士，先后從月基天文觀測、揭秘月球地質特征和形成演化歷史、探月工程空間物理探測科學成果三個方面，闡述了我國在探月工程基礎之上取得的三大科學成果。
圖源：科技日報記者 張曄 攝
在月球上看星空有啥不一樣
“在月球上觀測宇宙一直是天文學家的夢想！”已經圓夢的王競研究員，演講時顯得特別高興。天文學家為什么有這個念頭，要在月球上進行天文觀測？
王競解釋說，一是月球真空度高，可以開展紫外等地面無法完成的觀測；二是月球自轉緩慢，可對天文目標長期監測，特別是極區能實現星不落觀測；三是月球的背面電磁噪聲極低，利于開展長波射電天文觀測。
截止目前，僅有中美完成月基天文觀測。美國阿波羅16號攜帶了一臺遠紫外相機；我國的嫦娥3號和4號，分別攜帶了月基光學望遠鏡和低頻射電天線，不同的是，阿波羅16號的相機是手持人工操作，而我國是首次依托地外天體開展自主天文觀測。嫦娥3號攜帶的望遠鏡口徑為15厘米，近紫外波段，位于著陸器腹外倉。
這種無人自動觀測的好處，一是精度高，指向定標精度達0.05度，可以說指哪打哪；二是工作時間長，2013年12月16日開機觀測，實現了3年觀測、2年實驗。
王競介紹，通過嫦娥探月工程，我國已實現三大天文科學成果，包括雙星演化的物質交流，環月北極的紫外巡天，和揭示月球大氣層“水”含量特別少。
而嫦娥4號任務略有不同，它率先進行了甚長波天文觀測試驗，目前正在進行數據的定標和分析。
月球怎么形成的多打幾鉆才知道
如果說王競的工作是在仰望星空，那肖龍教授研究的就是腳踏實地。他不僅要繪制嫦娥降落月表的地質圖，還要深入地下，研究月球的地層構造、礦物組成和地質演化。
根據已有科學研究，月球形成于數十億年前，由一顆名為忒伊亞的小天體與原始地球相撞后的碎片聚集形成。肖龍介紹說，早期的月球也有劇烈的火山噴發和磁場，但是從什么時候開始，月球變成一片死寂，現在大多是猜測，缺少一些關鍵證據。
“美國阿波羅計劃采集的巖石樣本都是30億年以上的，所以當時國際科學界認為月球在30億年前就‘死了’，但最新的遙感觀測結論并非如此。”肖龍說，我國科學家研究發現，月球的火山活動持續到了十幾億年前，改寫了人類對月球形成的認知。
肖龍說，嫦娥5號獲取的月壤將有5大潛在科學價值：一是限定月球火山活動時限，二是校正月球撞擊坑年代曲線，三是揭示深部月幔性質和巖漿來源深度，四是制約月球磁場結束時間，五是優化月球巖漿洋模型，從而有望解決月球科學重大問題。
空間天氣研究有了“月球氣象站”
太陽風、粒子、磁暴……王赤院士的研究顯得有些“朦朧”，用他的話說是避實就虛。
他主持的空間物理研究，一方面是測月，開展對近月的空間及月表探測，關注月球的空間環境；另一方面是測地，把月球作為一個天然的衛星平臺，對地球空間進行觀測。這些研究包括：太陽風、地球風與月球相互作用，粒子與月表的微觀作用過程、月表輻射特征，地球等離子體層結構及其對磁暴和亞暴的響應等。
王赤打了比方說，過去研究太陽風與地球作用、地球磁層等問題，就像盲人摸象，摸到哪算哪，現在站在38萬公里之外，看到全景認識也就更全面了。
太陽耀斑、日冕暴發等災害性的空間天氣會對日常生活會發生直接的影響，在沒有大氣層保護的外太空，宇航員和科學儀器更容易受到這些宇宙粒子的傷害。因此，從上世紀90年代起，空間天氣研究成為國際科學熱點和前沿領域之一。
王赤說，從嫦娥1號到4號，我國在空間物理研究上取得了豐碩成果，部分為國際首次。未來將聚焦大尺度的地球空間多圈層耦合研究和為月球開發利用提供空間環境保障支援。
而公眾更為關切的空間天氣研究，王赤認為：“現在空間預報的水平大概相當于地面天氣預報六七十年代的水平，所以道路還很漫長。”
據王赤介紹，提高空間天氣預報的精度，取決于三個方面：一是對物理規律的了解，二是要有獨立自主的探測數據，三是要有數值預報的模式，不能僅靠經驗。
來源：科技日報
編輯：王宇
審核：朱麗
終審：何屹
