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历史一刻!嫦娥六号软着陆月球背面南极,人类第二个在月背软着陆的航天器!古老的月球背面到底藏了什么秘…

2024-06-03 17:03
来源:澎湃新闻·澎湃号·政务
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编者荐语:

6月2日早上 6 时 23 分,嫦娥六号着陆器和上升器组合体在鹊桥二号中继星支持下,成功着陆在月球背面南极-艾特肯盆地预选着陆区,后续将完成月球背面铲取、钻取采样任务,只要一切顺利,嫦娥六号将带着月球样品起飞,六月底就会安全回家。

以下文章来源于智悦世界 ,作者智悦世界

智悦世界.

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6月2日6时23分,嫦娥六号着陆器和上升器组合体在鹊桥二号中继星支持下,成功着陆在月球背面南极-艾特肯盆地预选着陆区。

据悉,嫦娥六号也成为人类第二个在月背软着陆的航天器,第一个是我国的嫦娥四号。

6月2日6时9分,嫦娥六号着陆器和上升器组合体开始实施动力下降,7500牛变推力主发动机开机。期间,组合体进行快速姿态调整,逐渐接近月表。

此后通过视觉自主避障系统进行障碍自动检测,利用可见光相机根据月面明暗选择大致安全点,在安全点上方100米处悬停,利用激光三维扫描进行精确拍照以检测月面障碍,最终选定着陆点,开始缓速垂直下降,即将到达月面时发动机关闭,利用缓冲系统保障组合体以自由落体方式到达月面,最终平稳着陆于月球背面南极-艾特肯盆地。

嫦娥六号任务实施人类首次月背采样返回,工程创新多,风险高,难度大,相比2020年实现月球正面采样返回的嫦娥五号任务,嫦娥六号任务突破了月球逆行轨道设计与控制技术,并将在鹊桥二号中继星的支持下,完成月背智能快速采样、月背起飞上升等关键技术节点。

嫦娥六号着陆器携带的有效载荷将按计划工作,开展科学探测任务。嫦娥六号任务国际载荷中欧空局月表负离子分析仪、法国月球氡气探测仪即将开机工作,意大利激光角反射器完成部署。

据了解,嫦娥六号探测器自2024年5月3日发射入轨以来,先后经历了地月转移、近月制动、环月飞行、着陆下降等过程。嫦娥六号探测器由轨道器、返回器、着陆器、上升器组成。

5月30日着陆器与上升器组合体和轨道器与返回器组合体实现在轨分离。着陆器与上升器组合体成功着陆后,着陆器将通过鹊桥二号中继星,在地面控制下,进行太阳翼和定向天线展开等状态检查与设置工作,此后正式开始持续约2天的月背采样工作,通过钻具钻取和机械臂表取两种方式分别采集月壤样品和月表岩石,实现多点、多样化自动采样。

同时将开展月球背面着陆区的现场调查分析,月壤结构分析等科学探测,深化月球成因和演化历史的研究。

艾特肯盆地被认为是月球表面最大最深最古老的盆地,着陆过程充满不确定性,难度系数非常大,需要快速灵活反应。

嫦娥六号着上组合体携带了许多敏感器,就像眼睛和耳朵,通过光学、微波等方式,自动判断坡度、坑、石块的分布情况,最终选一个比较优的落点。

期间,组合体进行快速姿态调整,逐渐接近月表。此后通过视觉自主避障系统进行障碍自动检测,利用可见光相机根据月面明暗选择大致安全点,在安全点上方100米处悬停,利用激光三维扫描进行精确拍照以检测月面障碍,最终选定着陆点,开始缓速垂直下降。

即将到达月面时发动机关闭,利用缓冲系统保障组合体以自由落体方式到达月面,最终平稳着陆于月球背面南极-艾特肯盆地。

着陆器与上升器组合体成功着陆后,着陆器将通过鹊桥二号中继星,在地面控制下,进行太阳翼和定向天线展开等状态检查与设置工作,此后正式开始持续约2天的月背采样工作,通过钻具钻取和机械臂表取两种方式分别采集月壤样品和月表岩石,实现多点、多样化自动采样。

同时,将开展月球背面着陆区的现场调查分析,月壤结构分析等科学探测,深化月球成因和演化历史的研究。

官方最新发布了嫦娥六号月背着陆影像,让大家可以近距离视角观看月球表面。

影像中可以看到,月球表面布满了密密麻麻的陨石坑,而这些有不少都是帮地球挡下的“伤害”。

通过钻具钻取和机械臂表取两种方式分别采集月壤样品和月表岩石,实现多点、多样化自动采样。

之后由上升器携带样品飞向环月轨道,与轨返组合体对接并转移样品。

随后轨返组合体进入月地转移轨道返回地球附近,返回器择机再入大气层回到地球。

任务周期预计约为53天。

“南极-艾特肯盆地”位于月球背面,是月球已知最大、最古老的撞击盆地,不过其在中国科学院地球化学研究所等单位联合绘制的月球地质图中规范名称是“南极-艾肯盆地”(South Pole–Aitken Basin),”故本文统一称为“南极-艾肯盆地”。

早在 2018~2023 年的一系列讨论中,嫦娥六号预选着陆区就暂定为南极-艾肯盆地,并进一步细化为阿波罗盆地的南部边缘。

月球仪上的阿波罗盆地,手指位置为嫦娥六号预选着陆区附近。月球仪根据中国科学院地球化学研究所等单位联合绘制的 1:250 万月球地质图制作,直径约 1.55 米。

阿波罗盆地就位于南极-艾肯盆地内部的东北部,是一个多环撞击盆地,直径约 500km,在嫦娥二号全月影像图中非常醒目。

南极-艾肯盆地直径约 2500~3000km,由于过于巨大,且形成后经历了漫长的撞击、外来溅射物覆盖等侵蚀作用,其在影像上肉眼较难识别,需要月球高程、地形数据才能识别。

月球南极-艾肯盆地、阿波罗盆地、嫦娥六号着陆区、长白山位置关系图,可以见到南极-艾肯盆地并不显眼。

月球背面南极-艾肯盆地假彩色高程图。

嫦娥六号要在阿波罗盆地寻找什么?

简要来说,嫦娥六号在阿波罗盆地的主要任务包括:寻找新矿物、寻找月球深部物质、寻找古老矿物、研究苏长岩、寻找名义含水矿物、寻找高压矿物等。

1、寻找新矿物和岩石

如果一种矿物的构成元素比例,微观结构,至少其一与其他已知矿物都不同,就有机会被认定为新矿物。

但是新矿物一般尺寸微小,容易与已知矿物混淆,需要极端的温压条件或特殊的化学条件形成,而不是随处可寻。

在嫦娥五号样品中,我们就发现了至少三种新矿物,七种不同的岩石。

正如地球上不同地方的岩石、土壤的成分并不一致一样,月壤、月岩也存在不均一性,甚至单次采样返回的不同样品之间也是如此,因此嫦娥六号的登月活动就有极大可能发现更多新的矿物和岩石。

2、寻找月球深部物质

正如前文提到的,阿波罗盆地是南极-艾肯盆地内部东北侧的撞击盆地,而南极-艾肯盆地是月球已知最大、最古老的撞击盆地。

通俗讲,因为阿波罗盆地是个多次撞击形成的“盆中之盆”,所以可能是月壳最薄的位置之一。

阿波罗盆地区域高程与月壳厚度。

一些理论认为,形成南极-艾肯盆地的撞击事件可能挖掘出了月幔物质。

然而,也有人提出,即使盆地挖掘出了月幔物质,由于在撞击过程中月幔物质可能会经历熔化-冷凝的过程,导致不同化学成分的矿物和岩石被分离开——这个过程被称为熔融分异。

熔融分异可能会使识别变得困难,或者在形成之后被更晚期的撞击出现的溅射物混合、掩埋而难以被遥感发现。

因此嫦娥六号有可能在阿波罗盆地中发现这些来自月幔的深部物质,对我们理解月球深部结构和月球的起源和演化起到重要作用。

3、寻找古老物质

根据近期正式出版的 1:250 万月球地质图,将月球地质年代划分为“三宙六纪”。

南极-艾肯盆地形成于月球岩浆洋大部分固结,月球初步形成固体月壳的时代,代表月球艾肯纪的开始。

又根据撞击坑统计定年,南极-艾肯盆地一带年龄约 42 亿年,可能分布有月表最古老的岩石,但这个数值需要实际样品修正。

之前嫦娥五号采集的样品包括月球已知最年轻(约 20 亿年)的岩石之一,嫦娥六号的一个关键任务则是尽量采集古老的月球岩石和可定年的矿物(包括锆石、斜锆石、磷灰石等)。

4、揭开苏长岩成因之谜

根据近期正式出版的 1:250 万月球岩石类型分布图,南极-艾肯盆地内部的主要岩石类型为苏长岩。

苏长岩在过去美国阿波罗、苏联 LUNA、嫦娥五号的月球样品都极少发现,由于苏长岩成因有多解性,既有可能是下月壳、月幔等深部物质,又有可能是大规模岩浆房分异(是指地球内部巨大的岩浆体在冷却过程中,其中的化学成分被分离成不同的层次或部分),还有可能是撞击熔融物分异。

采集阿波罗盆地的苏长岩,有助于解决苏长岩成因之谜,从而帮我们研究阿波罗盆地的演化历史。

1:250 万月球岩石类型分布图。

5、寻找名义含水矿物

因为月球被地球潮汐锁定,所以有一面恒定朝向地球(此面一般称为正面),会受到“地球风”影响,相对富氧、富水。

而实际上根据遥感光谱研究,月球背面虽然不如正面富氧、富水,但也存在少量富氧、富水区域,甚至发现了赤铁矿等名义含水矿物(指在其化学式中包含水分子,但实际上并不以液态水的形式存在,而是以水合物或羟基等形式存在的矿物),而过去阿波罗样品里曾零星地发现四方纤铁矿、角闪石等名义含水矿物,其成因均不明确。

嫦娥六号如果采集到名义含水矿物,或者样品包含特殊的水赋存状态,将是非同寻常的突破。

6、寻找高压矿物

阿波罗盆地既是撞击盆地,又是深部物质潜在出露区,无论大规模撞击还是月球深部高压,都是形成高压矿物的有利条件。

月球表面遭受频繁的撞击作用,有利于指示高压的矿物形成,过去的样品中已发现熔长石、钙硬玉、赛石英、雷锆石等高压矿物,但是在理论上月幔中可能存在的石榴石等高压矿物发现极少,因此这个理论模型需要实际样品修正。

除了以上研究任务之外,一些需要借助嫦娥六号的热门研究主题还包括:空间风化特征,月尘电磁学性质,月壤成熟度新指标,原位资源利用方案等。

嫦娥六号任务不但是人类首次月球背面采样返回任务,而且嫦娥六号选择南极-艾肯盆地中的阿波罗盆地这一盆中之盆采样,为的就是尽可能采到与过去美国阿波罗系列、苏联 LUNA 系列、中国嫦娥五号不同的样品,从而帮助我们更全面地研究月球。

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原标题:《历史一刻!嫦娥六号软着陆月球背面南极,人类第二个在月背软着陆的航天器!古老的月球背面到底藏了什么秘密?》

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