我們去月球做什麼？
月球在中國古代有玉鑒、桂宮、嬋娟等美妙的別稱，可見古時候的人們對月球的理解是多麼的富有想像力。那時的人們不但對月亮的陰晴圓缺現象加以揣測從而提出自己的解釋，而且還幻想人類登上月球後嬉戲仙游的景象。隨著科學技術不斷發展，人類對於地外空間尤其是月球世界的探訪慾望越發強烈，最終於1969年7月20日16時許，第一個人類的腳印被永久印在了月球靜海南部地區一塊較為平坦的區域上，自此宇航員阿姆斯特朗（Neil Alden Armstrong）的名字為世人所熟悉。人類由起源地地球跨向月球的這一步大約用了一千萬年時間，但真正用於登月知識儲備到技術實現卻是從伽利略利用單筒望遠鏡系統觀測月球後的300多年時間。成功登月標誌著，人類已完成了由地球搖籃里的襁褓向外層空間蹣跚學步的「宇宙孩提」轉變。而對於月球這樣一個低重力、幾近真空且晝夜溫差較大的環境，我們人類可以在那裡做些什麼呢？
月球發射場
作為地球唯一的衛星，月球與地球組成了一個環繞太陽公轉的「地月系統」。系統內外蘊含著巨大的天體力學能量以及豐富的科學實驗資源。未來，利用月球礦產資源在月球上建立火箭生產線並在月球表面建立火箭發射場；利用地月軌道資源更合理的發射運載火箭，使月球成為繼地球軌道空間站之外人類又一探索宇宙的「宇宙港」，為探索更遙遠天體注入強大「推力」。利用月球上空氣阻力幾乎為零和月球重力加速度很小等天然條件，由月球向宇宙空間直接發射運輸器，合理設計月球與目標天體間的運輸器軌道，可以節省大量燃料，使得發射活動更經濟可靠。以往人類往返月球和地球的太空任務驗證了這項技術的可靠及可控性。當然，在此之前人類需要親自踏上月球並實地完成基地選址的規劃與設計，將建設基地的物資設備逐步送上月球，並建設起永久性月球基地。
▲科學家設想的未來月球發射場
月球資源開發
北京市面積16801平方千米，與月球表面艾肯環形山(Crater Aitken)的面積相當。這樣一塊並不大的陸地面積卻生活著約2100萬人口。月球表面總面積為3800萬平方千米，約是北京市面積的2300倍。大家不妨設想一下，月球的陸地資源對於解決地球上日益突出的人均生存空間減少問題真不失是一個可預見的解決辦法。
▲背向地球的月球表面
▲艾肯（Aitken）撞擊坑與北京市面積比較圖
人類要想真正擺脫地球資源對人類發展的束縛，學會並掌握利用月球資源的技術是十分必要的。近四十萬千米的地月距離可使人類在學習這項技術初期不必受去火星那樣的長途跋涉之苦，節省有限的探索和開發代價。對於這樣一個地球村的「衛星城」，人類在現有工程技術和科學知識的基礎上，可以大膽發揮想像力，盡量避免地球上因不合理的開發對環境帶來的惡劣影響的教訓。那麼月球上究竟有哪些資源是可以「為我所用」的呢？根據遙感數據對月表「掃描」的結果，目前人類已經知道月球表面不僅存在汞、銀、鈉、錳、鐵、鉀、鎂等工程建設材料製造所必須的元素及其化合物，月表中還含有氦3這樣的未來能源。當人類利用由月球上直接採集到的礦石建設月球工業及科學設施的時候，我們地球疲憊不堪的環境是否會有所改變呢？
▲藝術家眼中的中國月球空間站
月球上的科學活動
月面天文觀測
人類為了觀測宇宙更遙遠的天體細節，不斷摸索並製造著更大更精密的望遠鏡。迄今為止，人類計劃修建的最大光學望遠鏡「歐洲特大天文望遠鏡」（E-ELT）位於智利海拔3060米的阿塔卡瑪高原上，直徑將達42米，自重5.5噸。這架巨型光學望遠鏡將首次直接觀測圍繞遙遠恆星軌道運行的行星。並通過其大氣成分來推斷那些行星是否曾經存在過生命。但是這樣大的望遠鏡設備自選址到最終實際觀測整個過程中都面臨諸多挑戰。能否達到望遠鏡設計要求還取決於地球大氣層擾動等自然因素的影響，並且在地球上要想找到一塊像阿塔卡瑪沙漠這樣較為理想的觀測場地實非易事。如果利用月塵提取出的物質在月球上直接製造望遠鏡，再加上月球表面低重力、大氣稀薄等物理特點，望遠鏡光學性能和觀測效果可想而知。對於月球上架設射電和光學望遠鏡目前科學界雖有不同意見，但這必將是未來天文觀測又一技術創新點。目前如在月面開展長期天文觀測，還需要克服隕石及高能宇宙射線粒子或太陽風對望遠鏡的破壞。
▲嫦娥三號月基光學望遠鏡拍攝到的近紫外波段天龍座部分天區星空圖象。這台隨嫦娥三號探測器登月的月基望遠鏡焦距200mm，主要用於極紫外光學波段天文觀測，望遠鏡總質量13.5kg（圖片來源：CLEP）
▲宇航員在月面放置天文望遠鏡時場景想像圖[圖片來源：NASA]
月面上的地質活動觀測
「明亮」的月陸和「暗淡」的月海——兩種主要地形構成了月表世界。月球正面主要以月海為主，其中不乏「風暴洋」、「雨海」這樣著名的月海。月球背面則以陸地為主，其中就有以齊奧爾科夫斯基名字來命名，直徑達到180千米的大型撞擊坑。根據計算，月面上直徑大於1米的撞擊坑數量有近3萬億個，並且這個數字還在繼續不斷地增長中。這其中有的撞擊坑的演化不僅受到外部撞擊的影響，它們的形成不同程度上還受到來自月球內部的作用。如此龐大的撞擊坑樣本庫為我們研究月球地質演化提供了豐富而生動的資料。對於月球地質地形的研究也將對未來月球基地建設大有裨益。
▲月球表面撞擊坑內測峭壁上的滑坡現象[圖片來源：NASA]
月球上的生物學研究
▲國際空間站（ISS）植物無重力環境下生長模式實驗[圖片來源：NASA]
人們一般認為植物之所以「地上開花結果，地下根系發達」是因為重力因素所導致的植物生長模式。重力在植物生長的整個過程中會提供生長方向「提示」。但是國際空間站的一項「光照對植物生長影響」實驗卻改變了我們對植物生長模式的認識。科學家發現這些在宇宙低重力環境中的植物依靠光的指引選擇了根芽背向生長的模式。而導致植物根系遵循與地面上相同生長模式的原因是受了植物體內生長激素所含的「輝光基因」影響，正是這種基因「告訴」植物利用光來代替重力而形成「上下差異」。以往宇航員在空間站中因為低重力環境可導致肌肉萎縮和生物鐘紊亂，這類困擾人類宇宙探索的宇航醫學問題在月球上將會得到更好的跟蹤研究與解決。
在月球這樣一個與地球截然不同的真空環境中，人類將開拓前所未有的科學探索領域。以往很多科學理論將會得到驗證及拓展。也許我們將再次進入「科學大發現的時代」。
人類在經歷20世紀中葉探月高潮後正在更加冷靜和富於創新地準備著又一次去往月球的旅程。目前世界上各主要航天大國都對建立月球基地表現出興趣，紛紛提出了自己的月球基地雛形。人類已有「阿波羅」、「月球」及「嫦娥」等眾多具有里程碑式的探月任務，利用它們發現的月球科學知識以及日新月異的科技成果，我們應該堅信人類終將完成又一次大遷徙式的開疆擴土壯舉。隨著科學技術的不斷發展，人類將會向著太陽系以外的宇宙空間繼續探索，作為深空探測前哨的月球必然會被我們更好地加以利用。借鑒地球上人類因生存而對環境改造的經驗與教訓，我們將會以更加科學與長遠的理念去經營月球這片新大陸。
各國未來月球基地
▲俄羅斯的未來月球實驗場
▲日本未來的月球站
▲美國充氣月球基地模型
超鏈接：月球軼事
月球重力加速度只有地球上的六分之一，在地球上人跳高運動的本質是其重心移動的高度變化。如果人在地球和月球上起跳時的重心高度和彈跳力保持不變，那麼相應增加跳躍高度只是因重心提高值為地球上的6倍，例如，地球上如果一個人跳高成績是2米，考慮重心高度問題和相應重力加速度變化因素，那麼在月球上他可以跳過9米左右的高度。設想一下我們人類在移居月球後，一個溫度較為舒適的時間選擇在一片較為平坦的月面進行月球奧林匹克田徑賽的場景。
▲照片攝於1972年4月21日，該照片由阿波羅16號艙外活動時使用的登月車上的彩色攝影機拍攝。照片中阿波羅16號登月任務指揮官約翰·楊正從月球面起跳，遠處是執行此次任務並手持70mm月面攝影機的登月艙駕駛員查爾斯·杜克以及將被永久留在月面上的一面美國國旗。[圖片來源：NASA]
作者：魯暘筱懿, 行星物理博士。
請您繼續閱讀更多來自 知識百科 的精彩文章:
全球通緝是如何操作的？【世界無煙日】控煙，我們都有哪些招兒？優秀人工智慧電影，哪些你不可錯過？現實生活中真的有「超人」？
※做不了愛人，那我們做什麼？
※這兩年我們都做了什麼？
※為什麼我們不會從地球上掉下去？
※我們為什麼看不到月球背面 月球隱藏驚人真相
※當我們不做愛時，我們在做什麼？
※歲月神偷，到底從我們臉上偷走了什麼？
※黑夜給了我們什麼？
※我們到底「丟掉」了什麼？
※如果我們，只剩下一天，你會做什麼？
※如果失去月球以後，我們的地球會變成怎麼樣？
※為什麼我們每天都會這麼累！
※我們賺錢到底是為了什麼呢？
※我們養花到底是為了什麼？
※這次是北京，什麼時候會輪到我們？你做好防護了嗎？
※為什麼他最終只留給你一句：不要想我們之間怎麼了？
※我們的日子為什麼一去不復返呢？
※是時候重返月球了，這次我們來了就不走了
※做不了愛人，那我們做什麼？男默女淚！
※七月養花，需要我們為花兒做些什麼？