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嫦娥七号探月南极寻水冰,重塑月球争霸格局

2026-08-21 01:02 Jonathan O'Callaghan Scientific American 阅读 0
核心摘要: 中国嫦娥七号任务即将启程,目标直指月球南极,旨在成为首个直接在该区域着陆的探测器,寻找水冰资源。此次任务包括一个轨道器、一个着陆器、一个月球车以及一个创新的“跳跃”机器人

嫦娥七号探月南极寻水冰,重塑月球争霸格局

中国正准备启动其迄今为止最具雄心的月球探测任务——嫦娥七号,此次任务有望在月球探索领域取得重大突破。嫦娥七号旨在成为首个直接在月球南极着陆的探测器,其核心目标是在该区域黑暗、险峻的陨石坑中寻找水冰。此次任务的发现,将可能彻底改变中美两国在月球基地建设上的竞争格局。

行星科学研究所的资深科学家诺伯特·斯科霍费尔(Norbert Schorghofer)评价道:“这是一项令人惊叹的任务。此前从未有过专门登陆月球寻找水资源的探测任务。”他补充说,如果中国成功完成这项任务,将“成为月球科学领域的领导者”。斯科霍费尔认为,除了半个多世纪前美国载人阿波罗登月任务之外,中国在短期内将“超越包括美国在内的所有国家,在月球探索方面取得领先地位”。

作为中国的第七次月球任务,嫦娥七号计划于北京时间8月24日上午(美国东部时间8月23日晚)在海南文昌航天发射场,搭乘长征五号运载火箭发射升空。此次任务的载荷配置丰富,包括一个轨道器、一个着陆器(搭载一个月球车和一个创新的“跳跃”机器人)。航天器将用长达六天的时间抵达月球轨道,随后将花费两个月进行准备,目标是在11月实现对月球南极的精准着陆。值得一提的是,任务中还包含了来自多个国际合作伙伴的设备,这凸显了中国在全球范围内的影响力,无论是在地球上还是在太空领域。

嫦娥七号的月球着陆目标是沙克尔顿陨石坑,这是一个直径约21公里(13英里)的巨大撞击坑,其边缘紧邻月球南极。此前没有任何航天器曾如此近距离地着陆。这种近距离着陆将使嫦娥七号能够探测沙克尔顿陨石坑附近较小凹陷区域中捕获的水冰,这些区域由于月球的倾斜,永远见不到阳光,温度仅比绝对零度高几十摄氏度。意大利国家核物理研究所的物理学家西蒙娜·戴尔阿涅洛(Simone Dell’Agnello)指出:“月球两极存在大量水冰储藏。”

然而,这些水冰储藏的规模以及它们在月球南极布满陨石坑的荒凉地貌上的实际分布,目前仍是未知数。由于这些水冰可能被用于制造火箭燃料,或为口渴的宇航员提供饮用水,因此,回答这些问题对于美国和中国各自建设载人月球前哨站的竞争计划至关重要。作为其“阿尔忒弥斯”计划的一部分,美国国家航空航天局(NASA)的月球基地将选址在月球南极附近;同样,中国的国际月球科研站(ILRS)也将选址于此,俄罗斯是其主要合作伙伴。(由于美国国会立法大多禁止NASA与中国合作等多种原因,美中之间的月球合作目前看来遥不可及。)

澳大利亚战略政策研究所的空间地缘政治专家拉杰什瓦里·皮莱·拉贾戈帕兰(Rajeswari Pillai Rajagopalan)表示:“双方之间的竞争正在加剧。” 嫦娥七号有望“获取两国都在寻找的关于水资源的大量数据”。

在嫦娥七号进入轨道后,中国国家航天局将确定一个平坦且阳光充足的着陆点,随后任务将部署其月球车和跳跃机器人到月球表面。月球车将拍摄图像,利用雷达扫描地下,并检测土壤中的水冰迹象。与此同时,跳跃机器人将通过火箭推进器,每次跳跃可达15公里(9英里),目标是在周围永久阴影的陨石坑中着陆。这将是继NASA火星“独创号”直升机之后,第二个在另一个星球上进行多次飞行的飞行器。

这个六足跳跃机器人,在每个着陆点都会爬行到未受其火箭羽流干扰的物质处,并携带钻头寻找水冰。此前没有任何航天器曾下降到月球南极的阴影陨石坑中,尽管NASA在2009年曾将一枚火箭撞向其中一个陨石坑,并观测到由此产生的水蒸气羽流。一家美国公司Intuitive Machines在2025年的一项任务中也曾尝试在月球表面部署一个名为Micro Nova的跳跃机器人,但其着陆器在着陆时侧翻,导致跳跃机器人失联。NASA也计划在明年某个时候将其“挥发物调查极地探索漫游车”(VIPER)送往月球南极。然而,该任务计划通过一个尚未经过验证的着陆器和一枚目前已停飞的火箭抵达月球,这两者均由美国公司蓝色起源(Blue Origin)制造和运营。

如果中国确实发现了水冰,将引发有趣的领土问题。密西西比大学的空间法专家米歇尔·汉隆(Michelle Hanlon)表示,根据1967年联合国《外层空间条约》,任何国家都不能主张对另一个世界的土地或资源拥有主权。然而,该条约第九条确实要求其他国家“充分顾及”他国利益。汉隆说:“因此,美国不能在距离过近的地方着陆,以至于其下降羽流、尘埃或操作会危及中国的着陆器、月球车、跳跃机器人或科学测量。” NASA建议航天器在距离其他航天器至少两公里的地方着陆。

除了水冰储量和位置的明显不确定性外,月球上水冰的具体形态也尚不清楚。斯科霍费尔表示,它可能以更容易开采的冰层形式存在,但更有可能以高达10%的浓度混合在土壤中。他说:“这我认为是最有可能的理论情景。”随后可以通过各种方法加热土壤来提取水

戴尔阿涅洛指出,对水冰进行原位研究并仔细选择样本,还可以揭示它最初是如何被送达月球的——可能是通过太阳风粒子或撞击。鉴于月球冰可能极其古老,追溯其历史也将为地球水资源的起源提供线索。

嫦娥七号不仅仅是一项寻找水冰的任务。它还包括由合作国家提供的一系列仪器,展示了中国对国际合作的渴望。轨道器将携带一个粒子探测器,这将是泰国首个离开地球轨道的空间硬件,它将测量来自太阳系周围的入射粒子。泰国国家天文研究所执行主任维普胡·鲁乔帕卡恩(Wiphu Rujopakarn)表示:“这是一个重要的时刻。”

此次任务还携带了来自埃及、瑞士、巴林和意大利的仪器;其中意大利的仪器是一个安装在着陆器上的小型激光角反射器,可用于精确测量轨道器到月球表面的距离。尽管美国禁止联邦层面与中国航天计划合作,但嫦娥七号着陆器确实携带了一个美国组件:一个1.5公斤的望远镜。该望远镜由香港大学(HKU)和夏威夷国际月球天文台协会(International Lunar Observatory Association)共同建造,将拍摄银河系从沙克尔顿陨石坑南缘升起的全景照片。香港大学空间研究实验室的昆汀·帕克(Quentin Parker)说:“这有点像标志性的‘地出’——我们希望能看到‘银河平面升起’。”

后续的嫦娥八号任务也计划于2028年飞往月球南极,同样包括多个国际合作伙伴。NASA官员表示,同年,该机构的“阿尔忒弥斯四号”任务应该会载人登月——尽管这一时间表仍显得乐观。与此同时,中国则计划在2030年实现首次载人登月。到目前为止,中国一直严格遵守其月球探索的时间表。随着月球水冰争夺战的日益激烈,嫦娥七号可能成为中国月球探索的又一个关键里程碑。


参考文献: Jonathan O'Callaghan. China is going back to the moon in search of water ice. Scientific American, 2024; DOI: N/A
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