探索月球2

近年来，美国国家航空航天局（NASA）、欧洲航天局（ESA）、中国国家航天局（CNSA）和印度空间研究组织（ISRO）等机构持续开展月球探测活动。2012年1月，NASA发射的"月球重力恢复与内部实验室"（Gravity Recovery and Interior Laboratory，简称GRAIL）双探测器完成对月球重力场和内部结构的精确测绘，为研究月球演化提供了重要数据。

月球地质结构呈现出显著的半球不对称性。面向地球的正面约31%的表面被月海覆盖，这些暗色区域实际上是由距今约30亿-10亿年前的火山喷发形成的玄武岩熔岩平原，其反照率仅为0.07-0.10，远低于周围高地0.12-0.18的反照率。与正面形成鲜明对比的是，月球背面月海覆盖率不足2%，绝大部分区域被古老的高地所占据，这些高地主要由斜长岩组成，形成于约45亿年前的岩浆洋结晶过程。

撞击坑作为月球最普遍的地貌特征，其尺寸分布呈现连续谱特征，从微观尺度的微陨石坑到直径超过1000千米的南极-艾特肯盆地（太阳系已知最大的撞击坑之一）均有分布。特别值得注意的是第谷环形山，这个直径85千米的年轻撞击坑（形成于约1.09亿年前）具有显著的辐射纹系统，最远延伸达1500千米，由撞击溅射物形成，在满月时肉眼可见。这些撞击构造不仅记录了太阳系撞击历史，其形态特征还反映了月球不同区域的地壳力学性质差异。

月球的一些关键数据

■地月距离

平均距离：384,403千米

■温度参数

日照区最高温：127℃

阴影区最低温：-173℃

■结构参数

平均半径：1,737.4千米

质量：7.342×10²²千克（相当于地球0.0123倍）

平均密度：3.344 g/cm³

■运动参数

公转周期：27.321661天（恒星月）

自转周期：同步自转（潮汐锁定）

会合周期：29.530589天（朔望月）

■物理特性

表面重力：1.622 m/s²（地球的16.6%）

逃逸速度：2.38 km/s

月球的地质特征与其引力演化密切相关。作为地球唯一的天然卫星，月球和地球构成一个相互作用的双星系统。虽然月球确实在以椭圆轨道绕地球运行，但地球同样会在月球引力作用下产生周期性运动。这两个天体实际上都围绕着共同的质量中心旋转，这个质心位于地球内部约1700千米处。这种运动模式类似于链球运动中，运动员和链球围绕共同中心旋转的力学原理。

根据激光测距数据，月球正以每年3.8厘米的速度远离地球。回溯到45亿年前月球形成初期，它与地球的距离只有现在的约十分之一，当时的远离速度可达每年10千米。这种渐进式的轨道演化对地球早期环境产生了深远影响，包括塑造了潮汐系统和影响地球自转速度。

1962年5月25日，美国总统约翰·肯尼迪提出了载人登月的宏伟计划。经过七年努力，NASA通过阿波罗11号在1969年7月21日实现了人类首次登月。整个阿波罗计划共完成6次成功登月，将12名宇航员送上月球表面。1972年12月阿波罗17号任务结束后，由于预算调整转向天空实验室和航天飞机计划，载人登月活动暂时中止。

阿波罗计划采用土星5号运载火箭执行发射任务。飞船在抵达月球附近后，需要通过精确的轨道机动进入环月轨道。返回地球时，服务舱发动机必须在特定位置点火，确保飞船能准确朝向预定着陆点。再入大气层前，飞船会抛弃服务舱，指挥舱调整至防热盾朝前的姿态，最终依靠降落伞系统减速并安全溅落海面。

**月球移民的现实挑战与技术方案**

虽然现有技术理论上已具备月球移民的条件，但受限于资金投入和实际需求，这一设想仍停留在概念阶段。要实现长期月球居住，需要解决以下几个关键问题：

在运输方面，加压探测车和其他封闭式交通工具可以让宇航员在月球表面活动时不必穿着笨重的太空服。这种设计能大大提高工作效率和活动范围。

通讯技术已不再是主要障碍，最先进的深空通信系统能够保障月球与地球之间的实时联络，确保信息传输和数据交换的顺畅进行。

能源供应是月球基地面临的核心挑战。虽然太阳能电池板是最直接的能源获取方式，但由于月球昼夜交替周期长达14个地球日，必须配备高效的电力储存系统。同时，科学家也在研究利用月球本土资源建立核电站或燃料电池系统的可行性。

生命维持系统需要解决食物自给问题。由于月球缺乏必要的化学元素和大气环境，初期必须从地球运输大量基础物资。建立封闭式生物圈将成为长期居住的关键。

居住舱的设计将分阶段发展。初期可能采用便于运输的充气式结构，而永久性基地则需要使用钢铁和陶瓷等坚固材料，以抵御宇宙辐射和微陨石的威胁。

文中图片均来源于《How it works》杂志

作者：《how it works》科普团队

审核：白鹏 航天科技集团十一院 研究员