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月球無大氣層的主要原因是什麼

生活 更新时间:2024-12-04 09:59:57

月球是地球唯一的衛星,同時也是距離地球最近的天體、是目前為止人類足迹所到過的最遠的地外天體。對月球開展深入探測,不但對于了解地球和月球的演化發展曆史具有重要意義,同時也能作為人類進行深空探測的一個堅實的“跳闆”,為人類進行更遠距離的深空探測、實現遠距離的載人航天甚至改造地外天體積累豐富的經驗。

月球無大氣層的主要原因是什麼(月球沒有大氣層)1

自從上世紀70年代美國阿波羅計劃将宇航員送上月球之後,能夠重新登上月球一直是人類共同的夢想。近年來,随着科學技術的發展,世界上主要的幾個航天大國,又将月球作為太空探索的重要對象,開展了一系列嘗試和實驗,比如我國的嫦娥系列探測器,不但實現了在月球背面着陸的壯舉,同時也在月球正面采集了部分月壤樣本,我國繼前蘇聯和美國之後,成為第三個從月球帶回土壤樣本的國家,目前樣品在我國多個科研機構的分别努力下,正在加快進行分析研究,由于帶回的樣本是從月球表面最“年輕”的區域采集的,其他國家根本沒有這個條件,以漂亮國為首的西方國家對此羨慕不已。

月球無大氣層的主要原因是什麼(月球沒有大氣層)2

正因為月球探索對于今後的太空探測的重大意義,而且月球表面還蘊含着豐富的資源,特别是氦3這種資源,是發展可控核聚變的一種理想原料,如果能夠大規模開采,那麼勢必會為正在突破的“人工太陽”研究提供新的物質源泉和保障,無論是對緩解世界能源危機、推動能源技術革命、促進太空探測領域動力技術突破都将有深遠影響。

月球無大氣層的主要原因是什麼(月球沒有大氣層)3

所以世界各國對于月球的新一輪探測計劃,都在緊鑼密鼓地展開或者籌備着,比如我國的嫦娥六号、與俄羅斯共建月球基地計劃,美國籌劃的、但一直推遲進行的重登月球-阿爾忒彌斯計劃等等,可以說,在未來較長時間内,月球将重新成為大國之間開展競争與合作的“兵家必争”之地。

然而,要想真正地實現在月球上大範圍地探測或者進行太空實驗,僅靠環繞探測器、月球車和寥寥幾人的載人登月,根本解決不了問題,需要建造面積更大、功能更全、設備更完備、可供大批人工作和生活的月球基地,在這樣的需求之下,月球沒有大氣層、氧氣和液态水幾乎沒有等這樣的問題,就成為重要的制約因素。拿氧氣來說,如果是幾名宇航員登月,靠着攜帶的氧氣瓶或許可以解決,也可以利用液态水的電解來制備,畢竟需求量不太大。但是,要想在月球基地内全面可靠安全地進行供氧,隻靠飛船攜帶或者電解水的方式,不僅麻煩、周期長,而且成本會非常高。

月球無大氣層的主要原因是什麼(月球沒有大氣層)4

有人肯定會說,月球上并非完全沒有水資源,能不能就地利用呢?的确,在月球的兩極和某些大型隕石坑的背陽之處,是存在着一些固态冰資源,不過截至目前為止,我們關于月球固态冰的數量、具體分布位置、周圍的環境和地質狀況掌握的信息還很少,況且那裡平均溫度都在零下160攝氏度左右,如果在這麼低的溫度下進行持續性開采、如何制造和選擇可以大規模開采的設備、如何運輸到月球基地去,這都是不确定性因素,要想實現這樣的目标也非短期可以解決的問題。

月球無大氣層的主要原因是什麼(月球沒有大氣層)5

那麼,最好的出路,就是利用月球表面分布着的大量月壤資源。由于沒有大氣層的保護,原本分布在月球表面的岩石,在太陽高能粒子流、宇宙輻射的長期、持續作用下,發生了非常明顯和深度的“風化”,裂解為非常細碎的顆粒或者粉末,繼而鋪滿月球的表面。月壤在月球表面的分布狀況不一,深度也不一緻,有的地區比較薄,有的能夠達到十幾米深。

月球無大氣層的主要原因是什麼(月球沒有大氣層)6

月壤的主要成分包括岩石碎屑、粉末、顆粒較小的角礫物質、小行星撞擊後散濺的熔融玻璃态物質等,共同組成了結構比較松散的混合物。如果從組成物質的化學成分看,主要是鐵、鋁、矽、鎂等的氧化物,既然是以氧化物為主導,那麼氧元素的綜合占比肯定是很高的,據測算,月壤中氧元素的比例可以達到40%以上,如果能将這些氧元素從月壤中提取出來,那麼月球表面分布的那麼多月壤,足可以為月球基地提供氧氣充足的來源。

月球無大氣層的主要原因是什麼(月球沒有大氣層)7

那麼,用什麼方法可以從這些氧化物中提取氧氣呢?還真有一些科研機構做過相關的實驗,不過由于人類從月球帶回的月壤非常有限,不可能拿這些樣本去做提取氧氣的實驗,有研究機構選擇了火山口附近的一些碎屑岩作為實驗對象,以熔融的氯化鈣為電解質,将石墨作為陽極,将實驗對象作為陰極,通過實驗,在石墨陽極聚集了氧氣,不但提取速度很快,提取的效率很高,僅10多個小時就能将氧化物中90%以上的氧提取出來。目前,相關的研究團隊正在調整實驗參數和工藝,以期獲得更大的氧氣産生量,同時盡最大可能降低反應所需要的溫度。

月球無大氣層的主要原因是什麼(月球沒有大氣層)8

可能過不了多久,這樣的儀器設備就會在建造月球基地之前,被送往月球表面,由再次登陸月球的宇航員們開展實地試驗。根據測算,每立方米的月壤物質,應用上述方法産出的氧氣,可以供一個人在月球上生活起碼兩年的時間,可以說前景非常廣闊和喜人。而假如用這種方法,将月球表層月壤中的氧全部提取出來,樂觀估計,可以供全球所有人用上10萬年。當然這都是後話了,至于從月球上這麼大批量地提取氧氣,會對月球産生什麼樣的影響,還有待評估。我們亟需做的,就是抓緊完善和論證重新返月計劃,邁出第一步再說吧!

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