歐陽自遠：中國有能力實施太陽系探測
阿盟說
明天就是中秋節了，大家在秋夜賞月時，會想起嫦娥奔月的古老神話，也自然會想到人類對月球和更浩瀚太空的探索吧。
如今，我國的月球探測工程已在按部就班地進行。阿盟為各位準備了我國探月工程首任首席科學家、中國科學院院士歐陽自遠的一篇訪談文章。
關於探月，你想要了解的一切，這裡都有最權威的解答。
撰文： 徐菁
來源：《中國航天》
審校： 鄭永春
歐陽自遠，中國科學院院士、發展中國家科學院院士、國際宇航科學院院士，著名天體化學與地球化學家，中國月球探測工程首任首席科學家，長期從事地外物質、月球科學、比較行星學和天體化學研究，是我國天體化學領域的開拓者。
月球探測工程立項後，歐陽自遠院士積极參与並指導中國月球探測的近期目標與長遠規劃的制訂，具體設計國內首次月球探測的科學目標與載荷配置，以及探月二期、三期的方案與科學目標，為探月工程的成功實施做出了貢獻。
在中國航天事業創建60周年之際，《中國航天》雜誌對歐陽自遠院士進行了專訪。
（圖片來源於網路）
探月的意義與重要性
您是我國月球探測工程的首任首席科學家，參與了我國月球探測規劃的制定和實施。請您談談我國探測月球的意義和重要性。
歐陽自遠：
1957年10月蘇聯發射了第一顆人造地球衛星，宣告人類進入了空間時代。1958年，蘇聯和美國就開始探測月球；1961年，競相發射火星探測器。這是兩個超級大國為了空間霸權的爭奪，是一場政治軍事上的激烈競爭，同時也有爭奪地球以外的資源、戰略地位等的需要。1957～1960年，我正在攻讀研究生，聽到這些消息很振奮。我覺得除了把地球研究好之外，還應該研究月球、火星。那個年代，我們國家一窮二白，沒有經濟基礎，也沒有相應的科技隊伍和技術能力，衛星的研製工作都還沒有開始。但是我想我們國家遲早會走上航天這條路，為了儘早迎接中國空間時代的到來，我應該做一些準備，對這個領域多做一些了解，將來國家需要的時候，我們能夠很快地進入到這個領域。
那麼靠什麼來了解月球、火星呢？可以在地球上找天上掉下來的隕石（包括月球隕石和火星隕石）。當時國內還沒有人研究這個領域，於是我開始不斷地收集隕石並進行研究。隕石的化學成分、礦物組成和形成演化過程與地球上的岩石存在很大不同，能夠提供有關太陽系及地球起源的很多信息。1978年，美國卡特總統派遣他的國家安全事務顧問布熱津斯基訪華時將阿波羅號飛船帶回來的一塊月球樣品送給了中國，我有機會能夠對這塊僅有1克重的月球樣品進行了詳細的研究。另外，還查閱了很多國外月球和火星探測的資料。我堅信中國總有一天會探測月球。
究竟探測月球的意義在哪裡？為什麼中國一定要具備去月球的能力？首先，從技術層面來說，離開地球到另外一個天體上去，這種技術上的跨越是很大的。我國發射了100多顆衛星和航天器，但是沒有離開過地球，全部環繞地球運行。正如齊奧爾科夫斯基所說，人類居住在地球上，地球是人類的搖籃，人類終將長大，離開自己的搖籃。中國人沒有離開過地球這個搖籃，我們必須衝出地球，這在技術上提出了很多新的要求，從而推動新技術的發展。第二，月球上的很多科學問題至今還沒有得到答案，在科學上留下了很多空白，需要我們去探究。第三，月球是離地球最近的天體，到底對我們人類有多大的意義呢？不談軍事上的戰略意義，從資源的角度來看，為什麼那麼多國家要探月？主要一個原因是如何開發利用月球的資源和能源，特別是氦3的資源量可能能夠解決地球上萬年的能源需求；月球的特殊環境是開展天文觀測、監視全地球的環境變化、研製生物製品和生產新型材料的極佳場所等等，這些都是各國共同追求的目標。中國人不能對此置之於身外而不顧，而是要積極地參與。
月球探測僅僅只是一個起步，把這第一步做好，我們還要飛得更遠。美國、俄羅斯都已經探測了金星、火星、水星、木星、土星等，探索太陽系是世界發展的潮流，中國的科技也應該朝這個方向發展，並做出中國人應有的貢獻。研究清楚太陽系的其他行星，就能更加清楚地了解地球，最終是要回歸到地球上來，如何把我們的地球建設好，能否將太陽系其他行星進行改造，變成第二個地球，規劃好人類的未來。
嫦娥一號的目標
嫦娥一號衛星科學目標與工程目標是如何確定的？
歐陽自遠：
1992年載人航天工程立項，中國的衛星和火箭技術有了很大的發展，使我們有能力到月球上去。探月工程的論證經歷了10年時間，進行了必要性和可行性論證，發展戰略和長遠規劃論證，首次月球探測的科學目標、有效載荷配置、工程技術方案與研製總要求等論證。探月工程與其他衛星工程不同，除了技術上可以實現以外，還要制定明確的科學目標：到達月球後應該幹些什麼，能夠獲得哪些科學成果。因此，探月工程有兩個目標，即科學目標和工程目標，兩個目標相互結合，工程目標可以使科學目標得以實現，科學目標又會向工程目標提出更高的要求。
嫦娥一號的工程目標，首先是發射一顆繞月衛星，全面探測月球；第二是把月球探測基礎設施建好；第三是培養一支科學技術隊伍。嫦娥一號的科學目標，首先是繪製一張目前世界最好的全月球影像圖和三維立體圖。還要探測全月球表面的化學成分、礦物組成與岩石類型以及近月空間環境。雖然美國、蘇聯以前做過這些基礎工作，但是我們還是要做，做到最好。月球上有兩種能源。一種是太陽能，如果能夠利用好，可以解決人類子孫萬代的能源問題。另一種就是氦3，據理論估計，能夠解決人類社會一萬年的能源需求。應該採用什麼技術和方法來實現，我們做過很多次討論。因此，嫦娥一號衛星的一個科學目標就是探測月球土壤中氦3的資源總量。
（圖片來源於網路）
「嫦娥」帶來的新發現
目前，月球探測工程「三步走」戰略已實現前兩步。通過嫦娥一號、二號、三號探測月球獲得的科學數據，我們對月球有了哪些重要的新認識？
歐陽自遠：
20世紀第一次月球探測高潮期間，美蘇兩國對月球進行了108次探測，美國航天員6次登上了月球，共採回381.7千克月球樣本，蘇聯採用機器採樣，3次一共帶回0.3千克月球樣本。幾十年來，全世界眾多科學家研究月球，每年召開一次月球與行星科學的國際會議，對月球進行了非常細緻的研究，要想研究出新的東西還是相當困難的，我們又是後來者，但是不管怎樣，總要有一些新的認識。
嫦娥一號有幾個方面做得好：首先，我國的全月球影像圖和三維立體圖，實現月球表面全覆蓋沒有任何縫隙，其他國家沒有做到這種程度。第二，對月球表面成分的探測，能探測十幾種化學元素、各種礦物和岩石類型的含量與分布，也是目前做得最好的。第三，近月空間環境探測也很全面。特別是在國際上第一次探明月球表層月壤中氦3的分布和資源總量。
嫦娥二號原本是嫦娥一號的備份，6個月完成近月空間的全部探測任務，繪製了全月球7米解析度月球影像圖與三維立體圖，圖幅比一個足球場的面積還大，在圖件的空間解析度、影像質量、鑲嵌精度、數據一致性和完整性方面均優於國際同類產品。其他各項探測目標在嫦娥一號的基礎上都有很大的提高和進步。嫦娥二號完成任務後，飛往日-地拉格朗日L2點監視太陽活動235天，取得了系統性成果。然後飛越地球700萬千米與「戰神」小行星交會，相對速度10千米/秒，與小行星最近距離不超過1千米，拍下了小行星的清晰照片，獲得了它的表面形貌、體積大小、表面特徵、自轉周期，飛行軌跡等參數。嫦娥三號降落在月球表面，開展了「巡天、觀地和測月」等開創性的工作。第一，在月球上看天文，稱為巡天，這是人類第一次在月球上用天文望遠鏡觀察星空，發現有很多光變恆星；第二，全視域監測地球等離子體層的大小、結構和離子密度變化，可以觀測地球的環境變化；第三，月球車上有一台雷達，探測月球內部的分層，這些探測在國際上都是第一次開展。
我國載人登月的必要性
美國人已經在幾十年前就登上了月球，您認為我國還有必要實施載人登月嗎？為什麼？
歐陽自遠：
對於這個問題，國內一直都有爭論，我的觀點是中國應該實施載人登月。美國人確實在幾十年前就登上了月球，而且在月球上，不可能進行大量移民，建立月球城市。載人登月的目的，除了有很多科學上的價值，會開展很多新的實驗項目之外，還能夠為載人登火星做充分的技術準備工作，比如運載能力、交會對接技術、從月球返回的技術，這些都是挑戰。月球距離地球近，即使出現問題，回到地球也比火星容易，而在火星上如果發生事故，返程就不容易了。從未來的技術發展來看，載人登陸月球畢竟跟機器人不一樣，具有主動性，比如埋設儀器、建立月球工作站，等等，這些都是需要人在月球上的活動。
其他太陽系探測規劃
除了探測月球，我國還有哪些太陽系探測規劃？
歐陽自遠：
對於太陽系探測，我們有一系列規劃，制定了太陽系探測的科學問題與科學目標。針對中國的現實情況，對於太陽系探測，不可能對每顆行星探測，需要做選擇。第一個選擇當然是火星，這也是各國的首要目標。火星是地球的姐妹，很多特徵與地球很像，一年有春夏秋冬，有大氣、海盆地、湖泊河流等豐富的地形地貌，只是火星表面沒有液態水。探測火星最吸引人的首先是考察火星是否存在生命，另一個科學目標就是探測火星地下水分布情況。
現代火星可能沒有生命活動的跡象。中國的科學家通過Tissent火星隕石系統的精細研究，發現火星隕石中的碳顆粒來自與生命有關的有機質，證明火星曾經有過生命，該項成果於2015年12月2日在歐洲發表。2015年12月16日，美國的好奇號火星車在火星鑽孔取樣的岩石中發現由生命有機質來源的碳顆粒，也表明火星曾經存在過生命。那麼到底是什麼生命呢？這是科學家想考察的目標。
還有火星自身的一大堆科學問題：磁層、電離層、大氣層、表面地形地貌、地質構造、內部結構、起源和演化等科學問題沒有解決。我們之所以想更多地了解火星，主要原因是希望能改造火星，使它變得適合人類居住，以便能夠大量移民到火星，使之成為人類賴以生存繁衍的第二個棲息地。中國的火星探測計劃分兩步，第一步是全面探測，第二步是採樣返回。
第二個探測目標就是小行星。目前，地球周圍的近地小行星有一萬多顆，這些小行星大小不等，對地球形成了嚴峻的潛在威脅。研究小行星的主要目的是為了研究規避小行星撞擊地球的可能性和人類開發利用特殊小行星的可行性。我們計劃連續探測3顆不同類型的小行星並取樣返回地球。
第三個探測目標是木星與木星系統。探測器將飛行七八年才能到達木星。它有63顆衛星，我們對其中的木衛二感興趣。木衛二表面是冰，下面是海洋，海洋里有火山活動。科學家們推測木衛二的海洋深部可能存在生命。
另外，我們還想探測太陽。太陽的爆發及對地球的災害性影響也是值得我們研究的。太陽為什麼爆發、究竟對地球有多大影響等一些問題還沒有弄清楚。現有的探測器都是在太陽的赤道平面上飛行，我們想讓探測器繞太陽的南北極飛行。
目前，這些都是未來的規劃，已列入探測計劃的是火星。太陽系探測是一個長期的任務，中國一定會一步步對太陽系進行一系列的探測，絕對不會止步於月球。必須制定明確的探測目標，使得到的科學回報最大化。
（圖片來源於網路）
從地質到航天的緣分
您是地質專業出身，是什麼機緣巧合讓您與航天結緣？
歐陽自遠：
從1952年上大學開始，我一直從事地質專業，研究地球是我的本行。雖然這麼多年來，我研究各種隕石，並收集國外的深空探測數據和資料，其實我並沒有改行。為什麼這麼說？太陽系八大行星，地球是其中的一個，火星、金星、水星都是這個家族的兄弟姐妹。這些行星有太陽系形成時候留下的共同的基因；同時每一顆行星與太陽所處的相對距離不一樣，環境不一樣，形成後的演化歷程不一樣，因此形成各自的特性。如果要把它們的共性歸納出來，以什麼為參照呢？當然是地球。只有把地球研究清楚了，再去研究月球、火星就比較容易了，知道應該研究磁層、電離層、大氣層，地形、地質構造和內部結構的特點，是否有海洋河流湖泊等等，這些地球科學的問題都可以拿來研究火星等其他天體，而且在火星上的答案是不相同的。我們研究火星實際上是用對地球的科學認識和科學理論來研究地球的兄弟姊妹，同樣是研究地質，只是換了地點，從地球換到了火星。所以對地球上提出的科學問題跟在月球、火星上提出的問題是一樣的。
地球科學家研究月球、火星，是自身專業的延續。有了對地球的全面了解，當然知道如何研究月球、火星，這稱為比較行星學，研究行星要跟地球做比較，把地球作為一個標準。研究行星的演變，40億年前、30億年前、20億年前都是如何演變的，這些都是地質問題，不是航天問題，是將地球科學的研究任務推演到各個行星上去。國外研究行星探測的科學家也都是我的同行，這是科學的需要，都是地質學家需要研究的問題。我之所以與航天結緣，是因為只有藉助航天技術才能夠實現我的夢想，才能夠讓我獲得行星的研究數據，同時為了實現我的夢想，我會向航天技術專家提出更高的要求，從而使我的研究工作越來越深入而且廣泛。
本文首發於《中國航天》2016年8月刊，經授權轉載。
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