论文部分内容阅读
38万公里,这是从地球到月球的平均距离。这个距离,相对光速30万公里/秒而言只是一瞬即至,可是对人类而言这却是一段遥远的路程。世界登月第一人阿姆斯特朗在足踏月面时说过:这是我的一小步,却是人类的一大步。
中国科学院院士——欧阳自远是中国探月之路的“领军人”,几十年来他“跳”出地球,站在宇宙更大的空间研究地球,矢志在月球上留下中国人的脚印……
“跳”出地球为人类造福
1969年7月16日上午,巨大的“土星5号”火箭载着“阿波罗11号”飞船从美国肯尼迪发射场点火升空,开始了人类首次登月的太空飞行。参加这次飞行的有美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗、埃德温·奥尔德林、迈克尔·科林斯。在美国东部时间下午4时17分42秒,阿姆斯特朗将左脚踏上了月球表面,这是人类第一次踏上月球。接着他用特制的70毫米照相机拍摄了奥尔德林降落月球的情形。他们在登月舱附近插上了一面美国国旗,装起了一台“测震仪”、一台“激光反射器”……在月面上他们共停留21小时18分钟,采回22公斤月球土壤和岩石标本。7月25日清晨,“阿波罗11号”指令舱载着三名航天英雄平安降落在太平洋中部海面,人类首次登月圆满结束。
据了解,“阿波罗计划”共进行了6次载人登月,先后有12名宇航员踏上月面,进行各类探测,取回381.7千克月球样品,充分展示了人类探索宇宙的巨大能力。欧阳自远指出:阿波罗工程是当时规模最大、耗资最多的工程,由于阿波罗的出现,导致了上世纪六七十年代,包括液体燃料火箭、微波雷达、无线电指导等一大批高科技工业群体的诞生和发展,极大地推动了科学的发展,带动了上世纪20年整个高新技术的发展,也带动了整个工业的繁荣。阿波罗建立了巨大的功勋,它产生了3000多种技术成果,人们至今还在应用阿波罗的很多成果。
月亮,浩瀚宇宙中的天然星体吸引着全世界的目光。美国宣布新太空计划决定重返月球,欧空局提出建立月球基地的设想,日本、印度、俄罗斯、乌克兰、德国等也相继提出各自月球探测计划。“嫦娥”故乡中国则加快探索月球的步伐,其第一步——绕月探测工程正紧锣密鼓地进行。中国“嫦娥工程”首席科学家欧阳自远介绍说,月球上有丰富的太阳能,因为它一天是14.5天,那么太阳没有任何遮挡,可以无限制的铺设太阳能电池板,所以是一个非常丰富的太阳能,只要建3个太阳能发电厂,那永远有一个厂被太阳照射着。他说:“月球没有水和大气,没有生命活动,没有磁场和音响,也没有火山和岩浆活动,几乎没有强的月震发生,是一个固态死亡的天体。但是,月球有弱重力和超洁静的环境,蕴藏了极其丰富的能源和矿产资源。”欧阳自远还说:“现在呢,科学家们又转移到另外一个方面,就是月球土壤当中的氦-3。氦-3是非常好的一种核聚变的燃料,而这种燃料在地球上所有的天然气里,所有的核武库里可以提炼的,一共加起来只有15吨左右。而月球上的储量是100万吨到500万吨,人们已经核算下来,大约全球能源的需求,就是我们现在烧的石油、煤、天然气、太阳能统统加起来,大约每年需要氦-3的量是100吨。我国现在全年用的石油、煤、天然气加起来,只需要氦-3的量是8吨,所以这是一个非常诱惑人的前景。这样,用航天飞机从月球上每次可以运13吨回来,运一次,中国全年的能源需求全部解决。”他预计在30年后,氦-3将成为人类的主要能源,并能让子孙后代使用几万年。
探究“天外来客”
1964年,欧阳自远参与了由周恩来总理亲自部署的地下核试验工程中的“选择地下核试验场并论证地下核试验地质效应综合研究”的任务。这件事情让他感到非常激动,也感到压力大。
在他看来,太阳系的九大行星,就好比是一个家族里的兄弟姐妹。它们之间一定有许多共性。地球科学家主要的任务是研究地球的起源和演化,但是,我们的目光如果仅仅局限于地球本身,是很难研究清楚的。
通过对野外地质的详细勘察、实验室的测试分析、显微镜下的细微观察以及理论的精细分析与计算,他和同事们提出了我国地下核试验场的地质构造条件、地下核试验过程的实验图像、控制大气和地下水污染的措施、地下核试验的综合地质效应,爆后验证成功。
中国仅有的两次地下核试验,欧阳自远都参加了,撒下了汗水,奉献了智慧,立下了功劳,也积累了经验。
早在20世纪70年代,他从我国月球样品系统测试分析研究中认识到,随着技术的进步,月球的战略意义、政治意义、经济意义和科学意义将远在南极之上。于是他及时、系统地整理了月球研究资料,主编了《月质学研究进展》,为将来我国的月球研究计划作了必要的理论和资料准备。
欧阳自远是中国最早研究陨石的人。他说:地球上的岩石是由矿物组成,但是陨石所含有的部分矿物却是地球上寻不着的。陨石是太阳系的“考古”样品,是构成地球的初始物质,是太阳系平均化学组成的代表,是孕育生命起源的胚胎,是行星际空间的天然探测器。陨石中铀(U)、钍(Th)、钾(K)、锇(Os)、铼(Re)、铷(Rb)、锶(Sr)、钐(Sm)和钕(Nd)同位素组成的测定与年龄计算,提供了元素的起源、星云形成、星云凝聚、行星形成、撞击事件的一系列时标,给出了太阳系形成和演化的时间序列。
1960年,内蒙古附近轰隆隆地掉下一样神秘的东西,人们猜测是火箭的喷嘴或是弹片。欧阳自远说:“别猜了,这是陨石,是一个小行星的一个碎片,落下来的速度很快,大火球轰隆隆地撞到地球,其实不到1公斤重,但是过程惊心动魄。”这是老天赐予他的第一份“礼物”,欧阳自远对这块陨石进行了系统的研究。
幸运的是,老天的第二份“礼物”更厚重。1976年3月8日下午,世界上规模最大的一次陨石坠落事件——吉林陨石雨事件。“那天下午3点左右,天空中突然出现了几个大火球,整个区域里响起轰轰声,然后就降落了一片陨石。散落的区域500平方公里,长大概有82公里,降落这场陨石雨最大的一块在最前面,加起来有7吨,第二块是410公斤,第三块是125.5公斤,第四块是80公斤,很规律地排下去,一直排到最后一块只有两克。
吉林陨石雨给中国的广大科技工作者提供了一个展示才华、发挥智慧的极好的机遇,也给中国的天体化学的形成与发展带来了曙光。正是由于长期对地外天体——陨石、宇宙尘和相关知识的研究与积累,欧阳自远被委以组织由全国有关研究单位及高等院校参加的全国性联合科学考察组的重任,对吉林陨石进行了世界上规模最大的、深入而系统的综合性研究,获取了极大的成功,发表了近百篇具有国际先进水平的论文。特别是欧阳自远在国际上首次提出的“吉林陨石多阶段宇宙线暴露历史”和“吉林陨石形成演化模式”不但得到了国际上广泛认同和应用,而且成为目前国际陨石学研究领域的一个经典模式。
当年9月12日,云南也出现了几条火龙。几条火龙从云南一直飞过贵州,进入四川境内。欧阳自远闻讯立即组织了13支队伍,寻找陨石。“我们当时在贵阳的清镇找到两块。这个陨石很特殊,是世界上极为珍稀的顽火辉石球粒陨石。它是在非常还原的条件之下,靠近太阳附近形成的,它的形成条件、环境对于我们认识太阳系的起源、地球的起源都是非常珍贵的标本——我们现在叫他清镇陨石。”
更为可贵的是,欧阳自远以此为契机,把智慧的触觉伸向了高空、海底和地层中的宇宙尘,伸向了月球岩石等地外物质,伸向了太阳系各行星、卫星、小天体的国际探测与研究,伸向了地球历史中地外物体撞击并诱发气候和环境灾变与生物灭绝过程的研究领域,伸向了地球原始不均一性的形成与演化对全球构造演化与成矿控制的理论分析等,这些自成体系的理论、观点在欧阳自远心智的浇灌下,构筑出我国天体化学研究的理论框架,并创立了中国的天体化学。
1978年,美国总统安全事务顾问布热津斯基来中国访问,送给中国一块仅有1克重的从月球上带来的石头,浇铸在一块有机玻璃里。美国人去过月球6次,这块是哪次登月采集的?采自月球哪个地方?无人知道,美国当然也不会透露。当时国内研究天体岩石的科学家很少,有关部门就把这极其珍贵的来自月球的石头送到了欧阳自远那里。
面对这块不及小指甲尖大的月球岩石,欧阳自远兴奋异常。他小心翼翼地将这块石头分成两半。一半用作研究,另一半则送给了北京天文馆,让公众也都亲眼看看月岩。然后,他列出要进行分析鉴定的项目,全国十几家研究所一起来做分析研究。结果不仅确认了这块石头是阿波罗17号登月时采集的,而且还确认了采集的地点,确认了这块石头所在的地方是不是有阳光的照射。最后,美国人不得不服气地说:“真没想到,我们什么都没说,你们居然都搞清楚了。”
陨石,是让欧阳自远寻找地外星球的信号,而作为天体化学家来说,小行星的撞击也给了他很多关于地球演化的启示。“我研究的是已经撞了地球的小行星。怎么撞的呢?”欧阳自远列出了几个数字。小行星运行是每秒45公里,地球是30公里,对撞就是75公里,追着撞就是15公里,这个速度远远超过火箭的速度。在欧阳自远看来,6500万年前地球就遭遇了一次小行星的撞击,诱发了全球性的气候与环境灾变和大批物种灭绝,恐龙就是在这个过程中灭绝的。
“我们实测当时年平均温度下降了18度。昏暗的地球,植物的光合作用基本停止,大批的植物死亡,而植物死亡引起了很多以植物为食物的动物的大批死亡。这次撞击大约有70%地球的物种被灭绝了。”欧阳自远的证据是他在西藏的岗巴地区的海相地层剖面中发现的,“白垩纪时代,我们国家只有西藏地区是海洋,当年的证据在经历了沧海桑田的巨变中保留了下来,全世界100多个地点都找到了类似的证据”。
与“嫦娥姐姐”结下不解之缘
月球是人类共同的财产。然而,它毕竟是一个毫无政治边界的地方,“谁先到达谁先占有,谁先开发谁先利用”已成为一条潜规则。欧阳自远带领他的团队加快了科研步伐,希望早日为中国在探月领域争得一席之地。
1992年,中国载人航天工程立项,这让时任中国科学院资源环境科学局局长、中国科学院地球化学所所长的欧阳自远看到了希望。既然国家可以搞载人航天,那么,探月就不再会是空想。于是,几个月后,欧阳自远奋笔疾书,伏案郑重写下了近两万字的报告《我国开展月球探测的必要性与可行性》。
2001年,“嫦娥”一号工程的科学目标和有效载荷通过了国家评审;2001~2002年间,国防科工委委托孙家栋院士组织全国各方面力量,对绕月探测工程进行了1年多的综合立项论证,得出的结论认为:“科学目标明确、先进,技术能够实现,没有颠覆性的技术问题。” 据悉:“嫦娥”一号工程由五大系统组成,分别是运载火箭、月球探测卫星、发射场、测控和地面应用。
经过反复论证,国务院总理温家宝于2004年1月24日亲笔签字,批准了中国月球探测一期工程——绕月探测工程(也称“嫦娥工程”)项目的立项。次日,国防科学技术工业委员会对外宣布正式启动绕月探测工程。随即,国家成立了有国防科工委、财政部、总装备部、中科院、航天集团等单位领导和专家参加的绕月探测工程领导小组,并正式任命了工程的总指挥、总设计师和首席科学家,即“嫦娥工程三巨头”。其中,欧阳自远被任命为“嫦娥工程”首席科学家。
欧阳自远对实施探月计划如数家珍。欧阳自远说:“嫦娥工程”实际上是探月计划,是无人探测,主要是使用机器人对月球进行精细的探测。中国载人登月必须经过对月球进行“绕、落、回”3个阶段的探测,也就是在发射环月卫星探测、月球车在月球表面巡视探测、派机器人探测月球并取回样本加以研究之后,才能实现载人登月的梦想。
欧阳自远进一步解释说,从载人航天到载人登月是个非常复杂的系统工程,有很多技术难题需要攻克,比如宇航员的出舱、飞船的对接、大推力火箭的研制等等,都不是短期内能解决的。另外,我国毕竟是第一次探测月球,第一次向月球发射探测卫星,对月球的了解非常有限,所以只有在基本完成3个阶段不载人月球探测任务后,通过对探测、勘察、采样取得的基础数据的分析,再结合当时国际上月球探测发展情况和我国的国情国力,才能择机实施载人登月探测。但探月将为载人登月积累宝贵的经验和技术。
欧阳自远称,中国探月工程前有阻击、后有追兵,所有零部件全靠自主研发,没有一件来自国外。“由于月球在军事、能源等方面有重要意义,各国都对探月非常关注。美国、英国、日本等西方国家斥巨资实施探月计划,印度等国家也蓄势待发。在这样的形势下,中国的探月工程很难得到国际上其他国家的技术帮助。”
“科学研究也象在高速公路上赛车,别人比你起步早,你要超过他,必须另外选择赛道。我们的探月计划虽然起步晚,但起点要高,要有创新。我们的首次月球科学探测主要目标:首先为月球画像,包括高纬地区和南北极区。其次,我们希望探测出月球上14种有用元素的分布,美国已经探测出5种元素。第三是进行全月球的月壤厚度探测,别的国家还没有做;最后我们将探测地月的空间环境。”欧阳自远说,美国阿波罗计划共花费了256亿美元,但带动了整个美国高科技发展和经济腾飞。“实际上,探月是我们不能不做的一项工作。以现在的国际形势来看中国如果不做,就难逃再次落后挨打的命运。”
建立“月球城市”并不是梦
在栾恩杰、孙家栋、欧阳自远等一大批当代科学巨匠的努力下,中国目前的探月计划实施情况“十分良好”。欧阳自远说他们的团队是一个高效率的集体:“国家航天局局长栾恩杰亲自担纲总指挥,孙家栋为总设计师……他们的领导能力让我非常佩服。”
目前,我国能自主承担从运载火箭、卫星研制、探测仪器、测控能力到对月球信息的处理、样品的分析等全部工作。我国已列出了探月计划的时间表:2007年,发射“嫦娥一号”月球探测卫星,月球卫星的设计寿命为1年;2012年前后,中国的月球车实现月球表面软着陆;2017年之前,中国研制的机器人将把月球土壤样品采回地球。“中国已经具备登月能力,但只是有去无回,登月我们还缺少返程票。我们现有的火箭已有足够能量把登陆舱发射到月球上,但如果加上返回所需的燃料、回收舱等,我们火箭的最大载重量还不够。从实现载人飞行,到载人登月成功,还有很长的路。”
“宇航员的宇航服也有特殊要求。”在欧阳自远看来,月球是超高真空,而且温差极大,正130度,负130度的巨差。另外,宇航员返回地球也是一大考验。这时还需要借助火箭之力离开月球表面,跟等候的飞船交汇对接。这些都是必备条件。
“地球是我们的摇篮,我们人类就是地球的守护神。探月也是从另一视角来保护我们的地球。”欧阳自远说,“不过我必须强调的是,在十年之内没有国家可以实现载人登月。”“即使是美国,在面临阿波罗用的全部飞船和火箭以及所有的技术几乎都过时的状况下,也要在至少10年以后才能重圆载人梦想。”
人类将在月球兴建实验工厂、农场等,实现月球“地球村”的自给自足,并逐步建立起“月球城市”。欧阳自远指出,在“月球城市”中,人类有可能建立全球性、并联式的太阳能发电厂,并通过传输为地球提供长期、稳固的能源。同时,人类还将从月壤和月岩中提取金属、氧、气体资源甚至水,利用月球上的弱重力、高真空和超纯净等条件,研制和生产出地球上极难获得的新型材料。
月球是人类空间活动的前哨站和转运站,是登上火星的跳板。在欧阳自远的办公室里,有两张很大的地图,一张是月球表面图,一张是火星表面图。他指着墙上的火星地图说:人类现在对火星研究的目标:一是了解火星的环境,人类企图通过长期的工作,把火星改造成第二个适合人类居住的“地球”;二是寻找火星是否有生命?或者曾经发育过生命?那么首先要找到水;三是深入研究火星、地球和整个太阳系的起源与演化。
中国的火星探测现在正在有条不紊地进行,估计2010年前后就可以进行火星的探测了。欧阳自远说:“到月球上去,是中国人的一个梦,也是全人类的一个梦。”
中国科学院院士——欧阳自远是中国探月之路的“领军人”,几十年来他“跳”出地球,站在宇宙更大的空间研究地球,矢志在月球上留下中国人的脚印……
“跳”出地球为人类造福
1969年7月16日上午,巨大的“土星5号”火箭载着“阿波罗11号”飞船从美国肯尼迪发射场点火升空,开始了人类首次登月的太空飞行。参加这次飞行的有美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗、埃德温·奥尔德林、迈克尔·科林斯。在美国东部时间下午4时17分42秒,阿姆斯特朗将左脚踏上了月球表面,这是人类第一次踏上月球。接着他用特制的70毫米照相机拍摄了奥尔德林降落月球的情形。他们在登月舱附近插上了一面美国国旗,装起了一台“测震仪”、一台“激光反射器”……在月面上他们共停留21小时18分钟,采回22公斤月球土壤和岩石标本。7月25日清晨,“阿波罗11号”指令舱载着三名航天英雄平安降落在太平洋中部海面,人类首次登月圆满结束。
据了解,“阿波罗计划”共进行了6次载人登月,先后有12名宇航员踏上月面,进行各类探测,取回381.7千克月球样品,充分展示了人类探索宇宙的巨大能力。欧阳自远指出:阿波罗工程是当时规模最大、耗资最多的工程,由于阿波罗的出现,导致了上世纪六七十年代,包括液体燃料火箭、微波雷达、无线电指导等一大批高科技工业群体的诞生和发展,极大地推动了科学的发展,带动了上世纪20年整个高新技术的发展,也带动了整个工业的繁荣。阿波罗建立了巨大的功勋,它产生了3000多种技术成果,人们至今还在应用阿波罗的很多成果。
月亮,浩瀚宇宙中的天然星体吸引着全世界的目光。美国宣布新太空计划决定重返月球,欧空局提出建立月球基地的设想,日本、印度、俄罗斯、乌克兰、德国等也相继提出各自月球探测计划。“嫦娥”故乡中国则加快探索月球的步伐,其第一步——绕月探测工程正紧锣密鼓地进行。中国“嫦娥工程”首席科学家欧阳自远介绍说,月球上有丰富的太阳能,因为它一天是14.5天,那么太阳没有任何遮挡,可以无限制的铺设太阳能电池板,所以是一个非常丰富的太阳能,只要建3个太阳能发电厂,那永远有一个厂被太阳照射着。他说:“月球没有水和大气,没有生命活动,没有磁场和音响,也没有火山和岩浆活动,几乎没有强的月震发生,是一个固态死亡的天体。但是,月球有弱重力和超洁静的环境,蕴藏了极其丰富的能源和矿产资源。”欧阳自远还说:“现在呢,科学家们又转移到另外一个方面,就是月球土壤当中的氦-3。氦-3是非常好的一种核聚变的燃料,而这种燃料在地球上所有的天然气里,所有的核武库里可以提炼的,一共加起来只有15吨左右。而月球上的储量是100万吨到500万吨,人们已经核算下来,大约全球能源的需求,就是我们现在烧的石油、煤、天然气、太阳能统统加起来,大约每年需要氦-3的量是100吨。我国现在全年用的石油、煤、天然气加起来,只需要氦-3的量是8吨,所以这是一个非常诱惑人的前景。这样,用航天飞机从月球上每次可以运13吨回来,运一次,中国全年的能源需求全部解决。”他预计在30年后,氦-3将成为人类的主要能源,并能让子孙后代使用几万年。
探究“天外来客”
1964年,欧阳自远参与了由周恩来总理亲自部署的地下核试验工程中的“选择地下核试验场并论证地下核试验地质效应综合研究”的任务。这件事情让他感到非常激动,也感到压力大。
在他看来,太阳系的九大行星,就好比是一个家族里的兄弟姐妹。它们之间一定有许多共性。地球科学家主要的任务是研究地球的起源和演化,但是,我们的目光如果仅仅局限于地球本身,是很难研究清楚的。
通过对野外地质的详细勘察、实验室的测试分析、显微镜下的细微观察以及理论的精细分析与计算,他和同事们提出了我国地下核试验场的地质构造条件、地下核试验过程的实验图像、控制大气和地下水污染的措施、地下核试验的综合地质效应,爆后验证成功。
中国仅有的两次地下核试验,欧阳自远都参加了,撒下了汗水,奉献了智慧,立下了功劳,也积累了经验。
早在20世纪70年代,他从我国月球样品系统测试分析研究中认识到,随着技术的进步,月球的战略意义、政治意义、经济意义和科学意义将远在南极之上。于是他及时、系统地整理了月球研究资料,主编了《月质学研究进展》,为将来我国的月球研究计划作了必要的理论和资料准备。
欧阳自远是中国最早研究陨石的人。他说:地球上的岩石是由矿物组成,但是陨石所含有的部分矿物却是地球上寻不着的。陨石是太阳系的“考古”样品,是构成地球的初始物质,是太阳系平均化学组成的代表,是孕育生命起源的胚胎,是行星际空间的天然探测器。陨石中铀(U)、钍(Th)、钾(K)、锇(Os)、铼(Re)、铷(Rb)、锶(Sr)、钐(Sm)和钕(Nd)同位素组成的测定与年龄计算,提供了元素的起源、星云形成、星云凝聚、行星形成、撞击事件的一系列时标,给出了太阳系形成和演化的时间序列。
1960年,内蒙古附近轰隆隆地掉下一样神秘的东西,人们猜测是火箭的喷嘴或是弹片。欧阳自远说:“别猜了,这是陨石,是一个小行星的一个碎片,落下来的速度很快,大火球轰隆隆地撞到地球,其实不到1公斤重,但是过程惊心动魄。”这是老天赐予他的第一份“礼物”,欧阳自远对这块陨石进行了系统的研究。
幸运的是,老天的第二份“礼物”更厚重。1976年3月8日下午,世界上规模最大的一次陨石坠落事件——吉林陨石雨事件。“那天下午3点左右,天空中突然出现了几个大火球,整个区域里响起轰轰声,然后就降落了一片陨石。散落的区域500平方公里,长大概有82公里,降落这场陨石雨最大的一块在最前面,加起来有7吨,第二块是410公斤,第三块是125.5公斤,第四块是80公斤,很规律地排下去,一直排到最后一块只有两克。
吉林陨石雨给中国的广大科技工作者提供了一个展示才华、发挥智慧的极好的机遇,也给中国的天体化学的形成与发展带来了曙光。正是由于长期对地外天体——陨石、宇宙尘和相关知识的研究与积累,欧阳自远被委以组织由全国有关研究单位及高等院校参加的全国性联合科学考察组的重任,对吉林陨石进行了世界上规模最大的、深入而系统的综合性研究,获取了极大的成功,发表了近百篇具有国际先进水平的论文。特别是欧阳自远在国际上首次提出的“吉林陨石多阶段宇宙线暴露历史”和“吉林陨石形成演化模式”不但得到了国际上广泛认同和应用,而且成为目前国际陨石学研究领域的一个经典模式。
当年9月12日,云南也出现了几条火龙。几条火龙从云南一直飞过贵州,进入四川境内。欧阳自远闻讯立即组织了13支队伍,寻找陨石。“我们当时在贵阳的清镇找到两块。这个陨石很特殊,是世界上极为珍稀的顽火辉石球粒陨石。它是在非常还原的条件之下,靠近太阳附近形成的,它的形成条件、环境对于我们认识太阳系的起源、地球的起源都是非常珍贵的标本——我们现在叫他清镇陨石。”
更为可贵的是,欧阳自远以此为契机,把智慧的触觉伸向了高空、海底和地层中的宇宙尘,伸向了月球岩石等地外物质,伸向了太阳系各行星、卫星、小天体的国际探测与研究,伸向了地球历史中地外物体撞击并诱发气候和环境灾变与生物灭绝过程的研究领域,伸向了地球原始不均一性的形成与演化对全球构造演化与成矿控制的理论分析等,这些自成体系的理论、观点在欧阳自远心智的浇灌下,构筑出我国天体化学研究的理论框架,并创立了中国的天体化学。
1978年,美国总统安全事务顾问布热津斯基来中国访问,送给中国一块仅有1克重的从月球上带来的石头,浇铸在一块有机玻璃里。美国人去过月球6次,这块是哪次登月采集的?采自月球哪个地方?无人知道,美国当然也不会透露。当时国内研究天体岩石的科学家很少,有关部门就把这极其珍贵的来自月球的石头送到了欧阳自远那里。
面对这块不及小指甲尖大的月球岩石,欧阳自远兴奋异常。他小心翼翼地将这块石头分成两半。一半用作研究,另一半则送给了北京天文馆,让公众也都亲眼看看月岩。然后,他列出要进行分析鉴定的项目,全国十几家研究所一起来做分析研究。结果不仅确认了这块石头是阿波罗17号登月时采集的,而且还确认了采集的地点,确认了这块石头所在的地方是不是有阳光的照射。最后,美国人不得不服气地说:“真没想到,我们什么都没说,你们居然都搞清楚了。”
陨石,是让欧阳自远寻找地外星球的信号,而作为天体化学家来说,小行星的撞击也给了他很多关于地球演化的启示。“我研究的是已经撞了地球的小行星。怎么撞的呢?”欧阳自远列出了几个数字。小行星运行是每秒45公里,地球是30公里,对撞就是75公里,追着撞就是15公里,这个速度远远超过火箭的速度。在欧阳自远看来,6500万年前地球就遭遇了一次小行星的撞击,诱发了全球性的气候与环境灾变和大批物种灭绝,恐龙就是在这个过程中灭绝的。
“我们实测当时年平均温度下降了18度。昏暗的地球,植物的光合作用基本停止,大批的植物死亡,而植物死亡引起了很多以植物为食物的动物的大批死亡。这次撞击大约有70%地球的物种被灭绝了。”欧阳自远的证据是他在西藏的岗巴地区的海相地层剖面中发现的,“白垩纪时代,我们国家只有西藏地区是海洋,当年的证据在经历了沧海桑田的巨变中保留了下来,全世界100多个地点都找到了类似的证据”。
与“嫦娥姐姐”结下不解之缘
月球是人类共同的财产。然而,它毕竟是一个毫无政治边界的地方,“谁先到达谁先占有,谁先开发谁先利用”已成为一条潜规则。欧阳自远带领他的团队加快了科研步伐,希望早日为中国在探月领域争得一席之地。
1992年,中国载人航天工程立项,这让时任中国科学院资源环境科学局局长、中国科学院地球化学所所长的欧阳自远看到了希望。既然国家可以搞载人航天,那么,探月就不再会是空想。于是,几个月后,欧阳自远奋笔疾书,伏案郑重写下了近两万字的报告《我国开展月球探测的必要性与可行性》。
2001年,“嫦娥”一号工程的科学目标和有效载荷通过了国家评审;2001~2002年间,国防科工委委托孙家栋院士组织全国各方面力量,对绕月探测工程进行了1年多的综合立项论证,得出的结论认为:“科学目标明确、先进,技术能够实现,没有颠覆性的技术问题。” 据悉:“嫦娥”一号工程由五大系统组成,分别是运载火箭、月球探测卫星、发射场、测控和地面应用。
经过反复论证,国务院总理温家宝于2004年1月24日亲笔签字,批准了中国月球探测一期工程——绕月探测工程(也称“嫦娥工程”)项目的立项。次日,国防科学技术工业委员会对外宣布正式启动绕月探测工程。随即,国家成立了有国防科工委、财政部、总装备部、中科院、航天集团等单位领导和专家参加的绕月探测工程领导小组,并正式任命了工程的总指挥、总设计师和首席科学家,即“嫦娥工程三巨头”。其中,欧阳自远被任命为“嫦娥工程”首席科学家。
欧阳自远对实施探月计划如数家珍。欧阳自远说:“嫦娥工程”实际上是探月计划,是无人探测,主要是使用机器人对月球进行精细的探测。中国载人登月必须经过对月球进行“绕、落、回”3个阶段的探测,也就是在发射环月卫星探测、月球车在月球表面巡视探测、派机器人探测月球并取回样本加以研究之后,才能实现载人登月的梦想。
欧阳自远进一步解释说,从载人航天到载人登月是个非常复杂的系统工程,有很多技术难题需要攻克,比如宇航员的出舱、飞船的对接、大推力火箭的研制等等,都不是短期内能解决的。另外,我国毕竟是第一次探测月球,第一次向月球发射探测卫星,对月球的了解非常有限,所以只有在基本完成3个阶段不载人月球探测任务后,通过对探测、勘察、采样取得的基础数据的分析,再结合当时国际上月球探测发展情况和我国的国情国力,才能择机实施载人登月探测。但探月将为载人登月积累宝贵的经验和技术。
欧阳自远称,中国探月工程前有阻击、后有追兵,所有零部件全靠自主研发,没有一件来自国外。“由于月球在军事、能源等方面有重要意义,各国都对探月非常关注。美国、英国、日本等西方国家斥巨资实施探月计划,印度等国家也蓄势待发。在这样的形势下,中国的探月工程很难得到国际上其他国家的技术帮助。”
“科学研究也象在高速公路上赛车,别人比你起步早,你要超过他,必须另外选择赛道。我们的探月计划虽然起步晚,但起点要高,要有创新。我们的首次月球科学探测主要目标:首先为月球画像,包括高纬地区和南北极区。其次,我们希望探测出月球上14种有用元素的分布,美国已经探测出5种元素。第三是进行全月球的月壤厚度探测,别的国家还没有做;最后我们将探测地月的空间环境。”欧阳自远说,美国阿波罗计划共花费了256亿美元,但带动了整个美国高科技发展和经济腾飞。“实际上,探月是我们不能不做的一项工作。以现在的国际形势来看中国如果不做,就难逃再次落后挨打的命运。”
建立“月球城市”并不是梦
在栾恩杰、孙家栋、欧阳自远等一大批当代科学巨匠的努力下,中国目前的探月计划实施情况“十分良好”。欧阳自远说他们的团队是一个高效率的集体:“国家航天局局长栾恩杰亲自担纲总指挥,孙家栋为总设计师……他们的领导能力让我非常佩服。”
目前,我国能自主承担从运载火箭、卫星研制、探测仪器、测控能力到对月球信息的处理、样品的分析等全部工作。我国已列出了探月计划的时间表:2007年,发射“嫦娥一号”月球探测卫星,月球卫星的设计寿命为1年;2012年前后,中国的月球车实现月球表面软着陆;2017年之前,中国研制的机器人将把月球土壤样品采回地球。“中国已经具备登月能力,但只是有去无回,登月我们还缺少返程票。我们现有的火箭已有足够能量把登陆舱发射到月球上,但如果加上返回所需的燃料、回收舱等,我们火箭的最大载重量还不够。从实现载人飞行,到载人登月成功,还有很长的路。”
“宇航员的宇航服也有特殊要求。”在欧阳自远看来,月球是超高真空,而且温差极大,正130度,负130度的巨差。另外,宇航员返回地球也是一大考验。这时还需要借助火箭之力离开月球表面,跟等候的飞船交汇对接。这些都是必备条件。
“地球是我们的摇篮,我们人类就是地球的守护神。探月也是从另一视角来保护我们的地球。”欧阳自远说,“不过我必须强调的是,在十年之内没有国家可以实现载人登月。”“即使是美国,在面临阿波罗用的全部飞船和火箭以及所有的技术几乎都过时的状况下,也要在至少10年以后才能重圆载人梦想。”
人类将在月球兴建实验工厂、农场等,实现月球“地球村”的自给自足,并逐步建立起“月球城市”。欧阳自远指出,在“月球城市”中,人类有可能建立全球性、并联式的太阳能发电厂,并通过传输为地球提供长期、稳固的能源。同时,人类还将从月壤和月岩中提取金属、氧、气体资源甚至水,利用月球上的弱重力、高真空和超纯净等条件,研制和生产出地球上极难获得的新型材料。
月球是人类空间活动的前哨站和转运站,是登上火星的跳板。在欧阳自远的办公室里,有两张很大的地图,一张是月球表面图,一张是火星表面图。他指着墙上的火星地图说:人类现在对火星研究的目标:一是了解火星的环境,人类企图通过长期的工作,把火星改造成第二个适合人类居住的“地球”;二是寻找火星是否有生命?或者曾经发育过生命?那么首先要找到水;三是深入研究火星、地球和整个太阳系的起源与演化。
中国的火星探测现在正在有条不紊地进行,估计2010年前后就可以进行火星的探测了。欧阳自远说:“到月球上去,是中国人的一个梦,也是全人类的一个梦。”