作者：李晨陽(yáng) 來(lái)源：
中國科學(xué)報 發(fā)布時(shí)間：2016/8/8 8:13:54
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“嫦娥三號”實(shí)現三大夢(mèng)想
■本報見(jiàn)習記者 李晨陽(yáng)
近日，“嫦娥三號”月球探測器公布了一批最新科研成果?！版隙鹑枴钡脑旅婀ぷ?，不僅創(chuàng )下多項世界紀錄，也實(shí)現了科學(xué)家“巡天、觀(guān)地、測月”的夢(mèng)想。
據悉，“嫦娥三號”上共搭載了8臺科學(xué)儀器，主要完成三大科研任務(wù)：巡天——月基近紫外望遠鏡巡天觀(guān)測；觀(guān)地——觀(guān)察地球等離子體層的結構與密度變化；測月——調查月表形貌、地質(zhì)構造和潛在資源；那么，“巡天、觀(guān)地與測月”都有什么新發(fā)現呢？
巡天——站在月亮上看星星
目前，“嫦娥三號”上還有唯一一臺仍在正常工作的科學(xué)儀器——月基光學(xué)望遠鏡。它實(shí)現了真正意義上的月基光學(xué)天文觀(guān)測，這在國內外天文學(xué)界都屬首次。
為什么要站在月亮上看星星呢？中科院西安光學(xué)精密機械研究所研究員薛彬告訴《中國科學(xué)報》記者，對很多重要的天文變源來(lái)說(shuō)，近紫外波段的觀(guān)測要比可見(jiàn)光波段有利。而月基觀(guān)測完全避開(kāi)了地球大氣擾動(dòng)、臭氧分子吸收和拉曼散射等，使得近紫外觀(guān)測成為可能。
另一方面，月基的恒星周天運動(dòng)要比地基慢上27倍，可以對天體進(jìn)行長(cháng)時(shí)間的不間斷監測，從而更徹底地揭示各種復雜的光變行為。
根據中科院國家天文臺研究員魏建彥的設想，月基光學(xué)望遠鏡的監測對象劃分為四大類(lèi)：激變變星等含致密星的相互作用雙星、活動(dòng)星系核、類(lèi)太陽(yáng)色球活動(dòng)星、天琴座RR等短周期脈動(dòng)變星。
月基光學(xué)望遠鏡的另一最大亮點(diǎn)是變星研究上發(fā)現的一系列新的天文現象。如：發(fā)現一個(gè)罕見(jiàn)的處于雙星快速物質(zhì)交流演化過(guò)程中的天體，發(fā)現一批處于雙星慢速物質(zhì)交流演化過(guò)程中的樣本，發(fā)現一個(gè)處于六星系統中的半相接型密近雙星，發(fā)現密近雙星普遍存在于多星系統的可能性等。
為了實(shí)現“白天看星星”的愿景，西安光機所團隊從光學(xué)系統的設計、仿真以及研制工藝等多個(gè)方面進(jìn)行控制，有效抑制了來(lái)自太陽(yáng)的雜散光，降低背景噪音。此外，這臺望遠鏡還采用了不少新材料和新工藝，成功將系統重量控制在了13千克左右。
深空天文設備的工作壽命一直是個(gè)難以解決的問(wèn)題，但是月基光學(xué)望遠鏡卻是一臺“長(cháng)壽”的儀器。薛彬笑稱(chēng)，這是因為它有個(gè)好“娘家”，還遇上了一個(gè)好“婆家”。
西光所作為“娘家人”，事先將技術(shù)難題論證清楚，在設計和研制過(guò)程中嚴格控制，最終實(shí)現了設備的零缺陷交付。國家天文臺作為“婆家人”，直接參與了設備的研制和定標，不僅非常了解它的性能，還很合理地為它規劃了觀(guān)測任務(wù)。
“應該說(shuō)，月基光學(xué)望遠鏡的成功，為未來(lái)月球基地設備的工程技術(shù)積累了非常寶貴的經(jīng)驗?！毖Ρ蛘f(shuō)。
觀(guān)地——要識廬山真面目
“不識廬山真面目，只緣身在此山中”。地球的很多秘密，有時(shí)必須站得更遠才能看清。
在地球磁層和電離層相互耦合的部位，含有大量等離子體，被稱(chēng)為地球等離子體層。一般情況下，生活在地球表面的人類(lèi)看不到等離子體層全貌。要想直接觀(guān)測它的結構變化，就要到離地球比較遠的地方?！版隙鹑枴钡穆湓绿綔y，正好為科學(xué)家們提供了這樣一個(gè)寶貴的機會(huì )。
據中科院國家天文臺研究員王華寧介紹，“嫦娥三號”著(zhù)陸器上的極紫外相機，首次實(shí)現了月球表面定點(diǎn)大視場(chǎng)地球等離子體層觀(guān)測。這種“月球視角”，彌補了過(guò)去研究的諸多盲點(diǎn)。
此前，美國人曾利用橢圓軌道地球衛星觀(guān)測地球等離子體層，獲得了大量的成像數據，但由于衛星軌道傾角較大，只能在遠地點(diǎn)從北極上空觀(guān)測等離子體在赤道面內的情況；日本人利用繞月衛星對地球進(jìn)行短暫觀(guān)測，由于儀器故障和衛星飛行時(shí)間的原因使得觀(guān)測資料的質(zhì)量和數量都差強人意。
這次“嫦娥三號”的極紫外相機連續觀(guān)測了6個(gè)月，每月觀(guān)測數十小時(shí)，拍得了一千多張高質(zhì)量地球等離子體層照片。
地球等離子體層邊界的變化，取決于地磁活動(dòng)的情況，后者又受太陽(yáng)活動(dòng)的影響。也就是說(shuō)，等離子體層的變化本質(zhì)上是對太陽(yáng)活動(dòng)的響應。
在2014年4月19日到22日之間，地球磁場(chǎng)出現了多次亞暴活動(dòng)。利用這段時(shí)間“嫦娥三號”觀(guān)測到的等離子體邊界數據，科學(xué)家們發(fā)現了一個(gè)很有趣的現象：在太陽(yáng)活動(dòng)增強、地磁亞暴活躍的情況下，等離子體的邊界不僅沒(méi)有像通常預期的那樣收縮，而是膨脹了，其中的物理機制有待進(jìn)一步探討。
“‘嫦娥三號’極紫外相機的觀(guān)測不過(guò)是小試牛刀?！蓖跞A寧說(shuō)。隨著(zhù)我國探月活動(dòng)的深入展開(kāi)，科研人員有機會(huì )在月球表面建立專(zhuān)門(mén)的月基對地觀(guān)測站，進(jìn)行長(cháng)期、不間斷的空間天氣監測，他說(shuō)：“這對于研究太陽(yáng)活動(dòng)影響下地球磁層和電離層的大尺度動(dòng)力學(xué)過(guò)程，提高我國空間天氣監測預報能力，具有重要的科學(xué)意義?！?div style="height:15px;">
測月——把地球化學(xué)研究搬到月亮上
“我們把地質(zhì)工作者在地球上做的那一套，都搬到月球上來(lái)了！” 中科院地質(zhì)與地球物理研究所研究員林揚挺不無(wú)自豪地說(shuō)。
“嫦娥三號”的月球車(chē)“玉兔”上，設置有全景相機、紅外光譜儀、粒子激發(fā)X射線(xiàn)譜儀和探月雷達等設備。
這四臺科學(xué)儀器的探測數據，在國際上首次揭示了月球雨海區的火山演化歷史，表明月球在距今25億年前左右仍存在大規?；鹕絿姲l(fā)，可能與該區域極富放射性元素有關(guān)，這一研究結果對理解月球演化有重要意義。
在國際上，“嫦娥三號”首次開(kāi)展了測月雷達對著(zhù)陸區月壤內部與月殼淺層結構探測，獲得了第一手月表就位探測數據?！辨隙鹑枴敝?zhù)陸區經(jīng)國際天文學(xué)會(huì )批準，已正式命名為“廣寒宮”，測月雷達的探測數據，揭示了 “廣寒宮”的形成與演化歷史。
除一系列測月設備外，月基望遠鏡的一項發(fā)現，再一次證明月球巖石中含有結構水的礦物極少。月球表面存在極端稀薄的大氣（外逸層），其化學(xué)成分和含量的測量一直是個(gè)挑戰。其中最受關(guān)注的是水分子或羥基分子。
這次，月基光學(xué)望遠鏡檢測到的外逸層中羥基密度極低，僅為美國哈勃空間望遠鏡獲得的上限的1%。這一探測精度比哈勃望遠鏡的結果提高2個(gè)量級、比印度月船一號的結果提高5個(gè)量級，是迄今為止這一領(lǐng)域的最好結果。
與公眾理解的“月球無(wú)水”不同，林揚挺說(shuō):“更準確的表述是，月球很干，即便把月亮架在爐子上烤，也烤不出水來(lái)?！?div style="height:15px;">
中國月球探測工程首席科學(xué)家、中科院院士歐陽(yáng)自遠告訴《中國科學(xué)報》記者，“嫦娥三號”在無(wú)人月球探測“繞、落、回”三期戰略中，承擔了第二期“落月探測”的任務(wù)，處于承上啟下的地位。
在工程技術(shù)上，它繼承了第一期月球探測器沖出地球、奔向月球、月球俘獲、繞月軌道調整、測控通信、數據傳輸與接收等一系列關(guān)鍵技術(shù)的應用和提高。另一方面，“嫦娥三號”的成功實(shí)施，為嫦娥五號的月球取樣返回提供了重要的技術(shù)支撐與經(jīng)驗，如月面安全軟著(zhù)陸過(guò)程，月面測控通信與數據傳輸接收等。
