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“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(zhì)子事件，包括1972年那次輻射量足以致命的太陽粒子爆發(fā)。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(xué)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(dāng)然不是。“美國很早就開展了太陽質(zhì)子事件的預(yù)報，并避開了太陽爆發(fā)。”王赤說，所以我們未來的載人登月，空間天氣預(yù)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(wěn)穩(wěn)降落在內(nèi)蒙古四子王旗，宣告了我國探月工程“繞、落、回”三步走戰(zhàn)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(dāng)然不是。在當(dāng)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(zhì)大學(xué)(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(zhì)特征和形成演化歷史、探月工程空間物理探測科學(xué)成果三個方面，闡述了我國在探月工程基礎(chǔ)之上取得的三大科學(xué)成果。

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(xué)家的夢想!”已經(jīng)圓夢的王競研究員，演講時顯得特別高興。

天文學(xué)家為什么有這個念頭，要在月球上進行天文觀測了?

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(zhuǎn)緩慢，可對天文目標(biāo)長期監(jiān)測，特別是極區(qū)能實現(xiàn)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(xué)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(biāo)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(xiàn)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(xiàn)三大天文科學(xué)成果，包括雙星演化的物質(zhì)交流，環(huán)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(wù)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(shù)據(jù)的定標(biāo)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(zhì)圖，還要深入地下，研究月球的地層構(gòu)造、礦物組成和地質(zhì)演化。

根據(jù)已有科學(xué)研究，月球形成于數(shù)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(fā)和磁場，但是從什么時候開始，月球變成一片死寂，現(xiàn)在大多是猜測，缺少一些關(guān)鍵證據(jù)。

“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(dāng)時國際科學(xué)界認為月球在30億年前就‘死了’，但最新的遙感觀測結(jié)論并非如此。”肖龍說，我國科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，月球的火山活動持續(xù)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(xué)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(zhì)和巖漿來源深度，四是制約月球磁場結(jié)束時間，五是優(yōu)化月球巖漿洋模型，從而有望解決月球科學(xué)重大問題。

空間天氣研究有了“月球氣象站”

太陽風(fēng)、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(guān)注月球的空間環(huán)境;另一方面是測地，把月球作為一個天然的衛(wèi)星平臺，對地球空間進行觀測。這些研究包括：太陽風(fēng)、地球風(fēng)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(jié)構(gòu)及其對磁暴和亞暴的響應(yīng)等。

王赤打了比方說，過去研究太陽風(fēng)與地球作用、地球磁層等問題，就像盲人摸象，摸到哪算哪，現(xiàn)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(fā)等災(zāi)害性的空間天氣會對日常生活會發(fā)生直接的影響，在沒有大氣層保護的外太空，宇航員和科學(xué)儀器更容易受到這些宇宙粒子的傷害。因此，從上世紀(jì)90年代起，空間天氣研究成為國際科學(xué)熱點和前沿領(lǐng)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(fā)利用提供空間環(huán)境保障支援。

而公眾更為關(guān)切的空間天氣研究，王赤認為：“現(xiàn)在空間預(yù)報的水平大概相當(dāng)于地面天氣預(yù)報六七十年代的水平，所以道路還很漫長。”

據(jù)王赤介紹，提高空間天氣預(yù)報的精度，取決于三個方面：一是對物理規(guī)律的了解，二是要有獨立自主的探測數(shù)據(jù)，三是要有數(shù)值預(yù)報的模式，不能僅靠經(jīng)驗。(記者 張曄 金鳳)