正月十五话探月

小时不识月，呼作白玉盘。又疑瑶台镜，飞在青云端。关于神秘的月亮和月亮的神秘，你知道多少？神话中的嫦娥，常住清冷幽静的月宫，寄托了世间众人对明月的向往，而今天，另一个“嫦娥”，正在帮助人们探寻月球的奥秘，一步一步地实现着从古到今人们对月亮乃至奇幻太空悠远的渴望。

2017年，我们和月球有个约会

今年，中国的“嫦娥工程”进入第三个阶段，将在年底发射嫦娥五号，实现在月球上软着陆，以及采样返回，即完成中国探月工程“绕”“落”“回”“三步走”的最后一步。

“把月球上的岩石月土样品带回地球，将对人类研究月球增添极为重要的科学素材，从而进一步深化对地月系统的起源与演化的认识。”2月8日，中国工程院院士赵文津向记者谈起了“月球研究”这一颇具吸引力的科学话题。

他告诉记者，人类已经拥有了超过400公斤的月球样品，除了已发现约27公斤的月球陨石之外，其余380多公斤的月球样品均来自上世纪60年代的美国阿波罗（Apollo）计划和苏联月球（Luna）计划，其中Apollo计划获得了381.7公斤，Luna计划获得了326克的月岩样品，为后续月球探测提供了真实的地质约束。“几乎所有关于月球矿物、化学成分和年龄的直接信息，都是根据样品检验推导得来的。”

1978年，美国总统卡特的安全事务顾问布热津斯基访问中国时，向当时的国家主席华国锋赠送了一件特殊礼品——一块小指尖大小的月球岩石样品。正是那块重量只有1克的月岩样品，拉开了中国地质科学月球实物研究的序幕。

“在‘阿波罗’和‘月球’计划之后一直没有新的月球采样计划。显然，中国今年将要实施的月球采样返回计划十分令人期待。”兴奋之余，赵院士也谈及了自己的一些忧虑：“航天员或月球探测器采样点的选择性非常重要，在重量相同的情况下，更多点位和更多类型的月岩月土样品肯定要比较为单一的样品更有科学价值。而做到这一点的一个重要前提，就是以地质预研究为基础的科学目标的制定以及现场对计划的具体执行情况。然而，在这方面还没有看到令人信服的新研究成果与实施方案。”

赵文津表示，从2003年至今，中国的嫦娥工程已成功完成了三步走中的前两步：发射我国首颗月球探测卫星，实施绕月探测，对月球地形地貌、月壤特性、地月空间环境等进行了广泛地探测，并初步建立了我国月球探测航天工程系统；实现了首次月球软着陆和自动巡视勘测，对着陆区地形地貌、地质构造和物质成分等进行探测。“中国在航天领域的巨大成就已为世人瞩目。按计划，2018年我国还将发射嫦娥四号，实现飞行器第一次在月球背面软着陆，条件成熟时，还将实施对月球南北极的着陆探测。”

他认为，深空探测科学的水平是我国建设科技强国的重要标志之一。我国已在不久前发布的《2016中国的航天》白皮书中，首次明确提出“力争2030年左右跻身世界航天强国行列”的宏伟目标，但当前，我国深空探测科技发展还存在着重技术轻科学的大问题——航天运载器、航天器、航天测控等技术发展迅速，而探月乃至深空探测的科学思想和科学目标都还不够明确，“亟须加强科学领域的顶层设计和任务细化”，使之成为深空探测过程中自始至终贯彻的一条红线。

月球探秘，地学研究正在发挥所长

许多人可能想不到，长期致力于青藏高原深部探测和研究的赵文津院士，在“月球地质”领域已倾注了14年的时光。他从2003年即开始介入有关活动。因为他清楚地认识到，月球虽然是地球的卫星，但它在许多方面是与地球可对比的；火星、金星作为类地行星，既有个性，而更多的则是共性。深空探测的一个重要方面就是以地球探测取得的地球科学知识为基础，来扩大和深化人们对行星和其他星球的认识，为人类走向太空作准备。

在中国启动探月工程，即嫦娥工程后，国土资源部2004年即开始酝酿，积极作为，发挥自身在地球物理、遥感、地球化学、地质等领域的经验和优势，支持国家的探月及深空探测活动；2005年10月成立探月科学家小组，委托赵文津院士担任组长。如今，这支国土资源领域的探月科学队伍，已配合国家深空探测计划，以行星地学科学为基础，先后开展了7个工作项目，通过对月球和火星表面物质分布特征、高精度的月球重力图、地震学研究、编制月球虹湾区地质图、月岩年龄测定、月球深部结构和演化、月球钻机等方面的研究，培养了一支科学研究开发队伍，提高了我国科学家在月球和火星科学研究领域的国际影响力。

比如，完成了我国首次对月岩和月球陨石的离子探针测年研究，重新厘定了月球雨海纪遭受强烈撞击事件年龄为39.2亿年，改写了国际上此前普遍接受的38.5亿年的传统认识，对月球早期演化历史研究作出了重要贡献，为我国探月工程未来采集月岩样品的年代学研究积累了宝贵经验。这一成果被中国地科院评为2010年度十大科技进展之首。

再比如，根据月表大气层无水、微动力、高温高寒等特点，以月球无人自主钻探为目标，设计和研制了国内首台月球微型钻机。特别是针对月球重力为地球1/6的极端环境下，为增加钻进压力而专门设计的冲击功能，可以在保证整机重量减少的同时，增加钻进动力。

为了推进我国月球研究，他们对国外月球研究进行了广泛调查，翻译出版了《月球新观》，将国外20世纪探月活动的理论总结向国内作了系统介绍，推动了人们月球知识的更新；2009年，还承办和组织了探月与地学研究国际会议，强调将行星研究与地球的对比，重视星地；2011年，又倡议和组织了由中国工程院、国土资源部、中国科学院和中国航天科技集团公司共同主办的月球与火星探测科技高层论坛，邀请来自美、法、印、日等国参与行星探测任务的8位首席科学家参会，强调了深空探测活动中科学引领的重要作用，以及开放与国际合作的重要性等。

“随着科技的发展，人类已获得了许多有关月球的关键性矿物学、地球化学和地球物理学数据，可供人们充分加工和消化许多年。当前，继21世纪前10年探月高潮之后，新的火星探测与登月活动又将进入一个新的活跃期，许多国家都在计划和实施新一轮探测，将为人类提供着新的丰富的探测数据。我们总在思考着，如何把各国探月历程中获得的各种各样数据综合在一起，应用行星地质学的手段，防止知识的碎片化，以便更好地认识月球的构成，以及它怎样演变成现在的状态。”谈起月球研究，今年85岁的赵院士，总是那么情绪饱满地释放着思想的火花。

在他身旁同样满怀激情的，则是跟随赵院士多年的一个真正的“80后”——国土资源部探月科学家小组学术秘书杨宏伟博士。就在今年的1月，他与赵院士共同领衔的“地外重点地区遥感资料应用研究”项目通过了专家评审并获优秀。也正是在那场精彩的专业汇报中，记者领略了年轻科技工作者对月球地质研究的痴迷和如数家珍。

得益于杨宏伟的介绍，记者知道了国土资源部在月球和火星科学研究领域取得的多个重要进展，其中值得一提的是有关国土资源部建立的月球试验场和火星试验场的成果。

所谓试验场，就是在地球上分别寻找到类似月球和火星地质环境的地方，开展各种方法的对比研究。在甘肃柳园，科学家建立了月球玄武岩类比试验场，开展了人工地震、雷达探测以及重力磁法，遥感观测，并结合地质调查研究，了解玄武岩地区，可以探测到什么信息。研究如何用这些数据研究玄武岩区的演化问题，以为以后开展探月新方法新技术探测提供基础和依据。

“这也是为未来加强对月球玄武岩的实地勘查和深入研究而进行的基础地质研究和技术方法准备。”据介绍，月球表面存在着三种主要的岩石类型：月海玄武岩、克里普岩（KREEP岩）、高地斜长岩。其中，月海玄武岩是大型撞击盆地形成时撞击—岩浆喷发/溢流—冷却结晶作用的产物，但是，月球上又普遍地覆盖着陨石撞击的溅射物。根据目前的探测与分析结果，月球上有22个大型月海都被玄武岩所充填，其厚度可达500-1300米，少数盆地的中央厚度可达4500米。据推测，分布在这些月海平原或盆地上的玄武岩的总体积大约有100万立方公里。“研究小组还根据玄武岩中的钛铁含量，对月球岩石类型进行了更加精细的划分，并制作了月海玄武岩单元划分图。通过对月海玄武岩的研究，可以勾画出月海玄武岩源区的演化历史，从而为月球演化历史提供制约。”

选址于青海大浪滩的火星试验场是目前国际上认为最为接近火星盐类环境的试验场区。在那里，科学家以火星盐类岩石为研究对象，获取了对火星表面硫酸盐类矿物生成条件，探讨了在火星盐类沉积环境下的生物存在可能性的问题。“最有价值的成果是提出了火星低纬度大量硫镁钒为次生矿物的产生机制，为今后了解火星表面盐类特征的研究提供了重要基础。”杨宏伟介绍说。

“深空”战略，地质科学应该走在前列

在杨宏伟看来，来自美国、俄罗斯、日本以及中国嫦娥的大量月球探测数据就是一个巨大的科学宝库。“近十余年，新一轮探测利用了新的技术方法，获得了更高精度的月球遥感和重力结果，进一步深化了人们对月球结构和演化的认识，也为我们发挥学科特长参与月球研究提供了肥沃的土壤。”

对此，赵文津的表述是：“我们利用国内外最新的月球和火星探测数据，对月球和火星表面地质情况、岩石矿物元素、内部结构及其演化规律进行研究,形成了一些新想法。”

比如：结合M3、IIM和Clementine数据建立了全月范围8种岩石类型的划分图，并参考（基于撞击坑分布）月表年龄图，划分出风暴洋西部和雨海东部为年龄较老的低钛、高铁的玄武岩、风暴洋东部和雨海西部为年龄较新的高钛、高铁玄武岩。

应用美国GRAIL 探测器最新的GL0660B模型，对不同高度处重力异常分布进行分析，并与LP150Q 重力异常的分布情况进行比较，获得了150阶次的高空间分辨率全月自由空气重力异常场和330阶次布格重力异常场，“质量瘤”反映出高的自由空气和布格重力异常，而风暴洋与艾肯盆地地区的只反映出高的布格重力异常，可用于了解其不同的深部物质分布特征。同时，GL0660B模型不同高度处的高精度月球背面重力异常，可以为嫦娥四号月球背面着月探测提供参考依据。

基于获得的60米24幅高精度的全月地形图，识别出由撞击坑和月球自身不同作用下产生的裂谷，同时发现月球上没有像地球上由板块作用产生的大尺度线状山脉。

获得了全月铀—钍—钾含量分布图，其中背面高地地区铀、钍的差异分布可能反应了该区域不同的演化规律；基于M3的85个光谱波段的140米精度全月反射率镶嵌图，并进一步获取了月球86个中央峰主要的岩性特征（其中还包括开普勒坑、阿尔斯塔克坑、哥白尼坑、第谷坑的中央峰的光谱图，并首次在国内在哥白尼坑中央峰中识别出来橄榄石，第谷坑中央峰中识别出来尖晶石），反映出月球不同位置、不同深度处物质的分布特征。

此外，中国地质科学院地质所的韩同林研究员还基于月球坑缘地貌变化研究，提出了月球地貌的洪水成因说。“这一假说，拓展了月球演化研究的思路，也是很有启发性的。”赵文津表示。

通过举办国际会议和参加休斯敦国际月球大会的介绍，国土资源部探月科学领域的研究和探索、中国地质学家在月球火星研究领域的付出与成果获得了国际关注。

“推进行星地质研究既是支持国家深空探测计划的具体体现，又是深化对地球基础地质问题认识的一项途径。”赵文津告诉记者，国土资源部对此非常重视，已进一步将月球和火星的行星地质研究纳入《国土资源“十三五”科技创新发展规划》，作为“三深一土”科技发展战略中“深空”研究的组成部分。希望通过后续项目的实施，建立多学科、多单位参与以及国际合作的行星科学研究模式，从比较行星学和行星系统科学的角度为我国未来行星探测规划提供重要的科学支撑和技术储备。

“越来越多的有识之士已经看到，我国要从航天大国迈向航天强国，地质科学必须融入其中，并走在前列！”赵文津强调。

行星研究，呼唤国家大科学计划

进入2017年，有关探月工程和深空探测的报道似乎一下子集中了起来，面对嫦娥五号探测器正样测试顺利推进、11月将打包月壤返回、将创中国航天四个“首次”等种种振奋人心的报道，赵文津院士心中则积聚着一些颇为沉重的思考。

其一，是科学管理和科研上的分散。在我国，火箭发射是航天部门负责，总装备部管载人登月，嫦娥工程不同的阶段则分别由中科院、工程院管理，缺乏一个类似欧空局或者NASA那样的统一组织；在科研上，科技部、教育部、国土资源部、中科院都有自己的科研力量，但由于没有一个目标一致、各司其职的科学顶层设计或项目设置方案，各部分力量经常是各自为战，很难形成合力，这也造成了一定的任务重合和资源浪费，成果碎片化。反观美国、欧洲、日本、印度，各方面特别是科研院校的科技力量就结合得非常好。

其二，是我国航天领域科技创新突出，而作为行星探索基础的地学问题却比较薄弱。比如月球调查研究的基本科学问题有3个：月球现状的调查、月球的形成演化、月球资源的调查，但直到现在还没有形成明确的国家层面的月球探测研究的规划，更缺乏一个深空探测和研究的规划和清晰的科研体系。无论是无人探月、载人探月，还是火星探测，乃至小行星、木星探测，都不应该是一事一议，而形成一个整体，探测结果也要相互联系、对比分析。

其三，科研的开放性和社会参与度不够。在美国的航天和深空探测领域，实行的是“技术绝密、科学放开”，即：在技术上高度保密，但把探测获得的数据向全球开放，鼓励各国科学家应用这些数据资源从事相关研究，同时，科技成果民用化和科普程度都非常高，甚至做到了全民参与。相较而言，我国的探测数据即便是在科学界内都没有做到资源共享。此外，对航天技术成果的转化也是一个明显的薄弱环节。而实现这些，就需要在加强有关科学研究的同时，支持引导形成大的群众性科学团队，把深空探测办成一个群众广泛参与的伟大事业。

“是时候了，在深化科技体制改革的过程中应当针对这些问题有所作为、有所突破。”

令赵文津高兴的是，就在春节之前的1月25日，他向造访地科院专门调研“深空”科技创新的科技部高新司副司长梅建平等人谈到这些思考时，获得了许多共鸣，他似乎看到了自己的许多期待正在不远处招手。

与赵院士有着相同感受的国土资源部科技与国际合作司副司长高平也向科技部的客人谈起了这些年的努力和困惑，“由于没有专款资金，我们只能尽可能地安排一些与月球和火星地质有关的小项目”，“许多科学目标的落实尚有缺憾”。她呼吁国家尽快设置有关深空探测的“大科学计划”，以科学目标为先导，带动相关技术和装备的快速发展，逐步解决国家在深空探测领域的长远需求。“我们有人才也有能力为国家探月工程服务，希望能通过更高层面的科研平台，提供更多基础性和应用性的科研成果。”

在座谈会上，中国地质调查局科技外事部主任吴珍汉等人也纷纷提出建议，企盼相关部门进一步发挥业务优势，加强深空探测科技创新的开放与合作，协同攻关，特别是希望科技部能从顶层设计入手，为全国深空探测科学技术的推进和交流搭建平台，同时大力扶持发展以地学为基础的比较行星学研究。

对于来自国土资源系统科学界的声音，梅建平副司长表现出了极大兴趣，他表示，科技部将在“十三五”期间聚焦空天科技创新，《“十三五”空天领域科技创新专项规划》即将出台实施，相信科技部将与国土资源部共同为我国从航天大国向科学强国迈进作出贡献。

如同人类探月之旅的困难重重和精彩不断，中国的行星科学研究也将在不断的探索和调整中进入快速行驶的轨道，飞向比月球更遥远的无尽太空。