(續1)科技版~超遜偵探~UOD之59~太陽系之月球

地球400棵樹來自月球---在地球上，有超過400棵樹是從月亮上來的。更準確地說，它們來自月球軌道。其實事情是這樣的：1971年，阿波羅14號的宇航員斯圖爾特·魯薩在出發時隨身帶上了一包種子，當他的同伴阿蘭-謝帕德和愛德格·米切爾忙著在月亮表面漫步行走時，魯薩卻小心看護著他的種子。後來，這些種子在地球上發了芽，它們被種在美國國內許多不同的地方，並被人們稱為月亮樹。它們中大多數都長得很好。

為何總是同一張“月臉”---也許最有趣的，是月亮總以相同的一面對著地球。既然地球和月亮都在自轉並且沿各自的軌道行進，這又怎麼可能呢？很久以前，地球的引力作用使月亮的自轉逐漸減慢。當月亮的自轉週期慢到和它的軌道週期(也就是它繞地球一周的時間)相吻合時，這種引力作用達到了平衡，月亮從此就以一面朝著地球了。太陽系其他行星周圍的月亮也有著相似的特點。

月相又是怎樣形成的呢？原來，當月亮繞地球旋轉時，它部分的時間處於我們和太陽之間，它被太陽照亮的那一半遠離我們，這時我們稱之為新月。由此說來，根本就沒有什麼月亮的暗面一說，只是我們看不到它而已。當月亮轉到軌道的另外一側時，從地球上看去，它所反射的一小條太陽光從地球上看去就成了彎彎的月牙。而當月亮來到正對太陽之處時，它在我們眼裏就完全被照亮了，這就是滿月。

月亮的形成之謎---目前，關於月亮形成的最重要的學說認為，月亮是在大約45億年前，由於一顆大小近似火星的星體強烈碰撞並劃過地球形成的。當時的碰撞形成的大量熔化的岩石碎片和塵埃被甩到地球周圍軌道之內，經過一段時間的相互碰撞和聚集而形成了今天的月亮。對這種學說的有力支持，來自阿波羅登月計畫的發現。宇航員們從月球上採集的土壤標本表明，月亮上的礦物質和地球上的是相似的，這使得科學家們確信，地球和月亮有著共同的起源。

有些學者對碰撞學說持不同的看法，他們認為月亮和地球是在同一時期，由同一團岩石和塵埃分別獨立形成的。但是我們已經從“月球勘探者”的發現知道，月球的核心只占其品質的2%到4%，遠遠小於地球核心所占的30%，如果它們來自同一起源，至少兩者核心所占的比例應當相近。所以這種說法並不太成立。更合理的解釋是，由於45億年前的那次碰撞發生在地球外層，地球的鐵核並沒有被觸及，而外層含鐵較少、密度較小的岩石部分脫離出去形成了月亮。這樣，月亮所形成的核心所占品質當然比不上地球的核心了。

晴空萬里的白晝或星稀月明的仲夏之夜，仰望天空，有時會發現日月周圍有一圈美麗的光環，內紅外紫，朦朦朧朧，似薄紗，又似一幅寫意畫。這美麗的光環在氣象學中稱為日暈、月暈。它們的起因是日月之光透過大氣層時，因大氣中所含水汽不同，光線發生折射而引起的。古人很早以前就用暈來預測天氣，如“日暈三更雨，月暈午時風”、“日枷雨，月枷風”、“日戴暈，常流水”等等，都是關於暈的天氣諺語。這些諺語似乎說明，凡是出現了暈，就將有風雨出現。

那麼日月有暈就一定會有風雨出現嗎?這要從暈的形成談起。暈看上去似羽毛、如馬尾狀，是氣象上稱為捲層雲的產物。氣象學已揭示，產生降水的雲層是中低雲，捲層雲本身並不產生降水，只是隨後天空中出現中低雲的前兆雲。但是，捲層雲出現以後，不一定就有能產生降水的中低雲系移人，因此出現了日月之暈，也不一定會產生降水。有些暈的形成，不但不會形成風雨，反而天氣要轉晴。

夏季常能見一些似饅頭、又似馬鬃的對流雲。但當對流減弱後，雲體會崩潰，變成縷狀的、羽毛狀的捲層雲。這種雲一般在白天午後出現。有太陽時，也可在這些雲彩上映出殘缺不全但色彩豔麗的暈。這時對流本身已經很弱，暈過後也不會有降水發生。當別處有降水時，降水區上空的空氣向四周輻散，會帶動高空的高雲向雨區週邊擴散開來。這時遠離雨區的觀察者會看到成片的高雲，其中也有一些捲層雲。生活在江淮梅雨鋒南側控制區的人們，常常可以看到這種情況。由於這種靜止鋒的降水區很少移動，高空伸向遠方的高雲也很少變化。有時在靜止鋒以外的地方，可以接連幾天看到太陽周圍有暈發生；到了晚上，若有月亮，還可看到月暈存在，卻始終沒有降水發生。

以上種種情況都說明暈後難有降水。那麼，見暈有風雨的諺語，又是從何而來呢?當代氣象科學實踐表明，在天氣由晴轉陰雨時，人們先看到捲層雲，而後天空出現會產生降雨的中低雲。出現了捲層雲，就得看其後的中低雲是否發展，若發展，其結果就是要降雨。這就是判斷日月暈後是否有風雨的主要徵兆。無論是接連數天的暈還是縣花一現的暈，都應看暈後中低雲的發展速度。中低雲發展移入快，降水來得快；發展移人慢，降水也就柵柵來遲；不移入，則不會有降水。

從古至今，月球始終是人類最關注的天體。月球是地球唯一的天然衛星，也是與地球最鄰近的天體，因此也成為科學家最早觀測和研究的物件。有了望遠鏡以後，將它對準的第一個天體就是月球。20世紀中期，空間時代到來之後，首先就掀起了一次探月活動的高潮。時至今日，探月活動已經取得了巨大的成就。宇航員不僅將各種儀器帶到月面做了測量和實驗，還把月面的岩石土壤樣品帶回地球來進行核對總和研究。

毫無疑問，人類對月球已經比對其他天體有了更多的更深刻的認識。進入21世紀之後，中國的“嫦娥探月工程”正在緊鑼密鼓的進行之中，美國宣佈要在2018年派宇航員重返月球，俄羅斯宣佈將於2010～2011年展開載人環月飛行，日本和印度也將本國的探月計畫擺到了議事日程上，今年9月3日歐洲航天局的“智慧1號”成功地撞擊了月球。可見，全世界有航太能力的國家都在爭先恐後地開展著探月活動，掀起了月球探測的新高潮。月球為什麼會有如此大的魅力，吸引人們一次又一次花費巨大的人力物力去反復探測它呢？

21世紀的探月活動，並不是重複20世紀已經做過的事情，探月活動將上一個新的臺階。人類對月球的探測目標一方面是要從科學上更深入地瞭解和認識月球，另一方面就是要開發月球、利用月球。開發和利用月球是一個宏偉的目標，要實現這個目標是一個極其龐大而複雜的工程。

<1>開發月球的能源和礦藏月球有什麼值得我們去開發和利用的呢？能源和礦藏是首當其衝的。通過探測月球，人們發現月球上儲藏了人類所需要的非常豐富的能源和礦藏。

首先，月球上有豐富的太陽能。月球表面沒有大氣層，太陽光直接照到月球表面上。經過科學計算，每年到達月球範圍內的太陽輻射能量大約為12萬億千瓦。按照目前使用的光電轉化率為20％的太陽能發電裝置，每平方米太陽能電池板每小時可以發電2.7千瓦。我們可以在月球表面無限制地鋪設太陽能電池板，能夠獲得大量的太陽能。

其次是氦－3，人們對氦－3比對太陽能更為關注。氦－3是氦的一種同位素，它的原子核內比氦少了一個中子。這是一種十分理想的核電原料，既不像目前所用的重金屬鈈那樣具有放射性污染，又不需要太高的溫度即可點燃，是一種安全、穩定又清潔的核電燃料。可惜地球上蘊藏的氦－3非常少，總量只有10～15噸，而月球上氦－3的儲量很大，它們都隱藏在月球表面那層厚厚的粉塵般的土壤裏。科學家們測算的結果是有100萬～500萬噸。假如我們利用氦－3來發電的話，按照目前的需求量，全世界每年有100噸就夠用了。如果能將月球上的氦－3開發出來，至少夠人類使用一萬年了。

除了太陽能和氦－3，月球上的其他礦產資源也很豐富。根據對月球岩石土壤樣品的分析，月球岩土和土壤中含有地殼裏的全部化學元素和大約60種礦藏。月球上鈦鐵礦的儲量高達100萬億噸以上，稀土儲量約225億～400億噸，磷、鉀、釷、鈾等的儲量也很豐富，此外，月球上還蘊藏有豐富的鉻、鎳、鎂、矽等金屬礦產資源。

<2>建立永久性月球基地在月球表面建立起安全可靠的人類活動基地，這是人類探月的另一個宏偉目標。月球的表面環境與地球有很大的不同。月球沒有大氣層，表面晝夜溫差很大。月球的地質構造極其穩定，月震釋放的能量僅相當於地震的一億分之一，科學家估計，從31億年以前到現在，月球上都沒有發生過顯著的火山活動和地質構造運動了，月球內部的能量已經近於衰竭。月球沒有磁場。月球的重力比較弱，只有地球的六分之一。月面上沒有有機物帶來的污染，沒有人造電波和光源的干擾。月球表面這些天然的有利條件使得月球成為進行天文探測和生命科學等實驗和研究的理想場所。

從20世紀80年代起天文學家就想到要在月球表面建立天文臺。那裏沒有大氣吸收、沒有風的干擾，那裏穩定潔淨的環境而且可以持續長達兩周的觀測，等等這些都是天文觀測求之不得的優越條件。月基望遠鏡與空間望遠鏡一樣，可以由地面控制指揮中心的天文學家進行遠端遙控。月基望遠鏡可以比運行在軌道上的空間望遠鏡做得更大，功能更加齊全。在月面安裝望遠鏡畢竟是放在一個巨大而穩固的平臺上，所要求的技術要比哈勃空間望遠鏡低，而能夠得到的精度卻比哈勃空間望遠鏡還要高得多。月基天文臺的運行和維護費用也會比哈勃空間望遠鏡低很多。月基天文臺不僅可以對天體和宇宙空間進行觀測和研究，而且還可以對地面的氣候、生態、環境、各種自然災害以及其他重大活動進行高精度的觀察和監視。

利用月球特殊的自然環境，可以在月球基地生產一些特殊的生物製品。有很多生物製品在地球上是不能生產的。另外還有很多種材料只有在月球那種特殊的環境裏生產，這些材料對於人類也具有重大意義。月球的特殊環境使月球可以成為新的生物製品和特殊材料的研製、開發和生產的基地。月球還可以成為人類航太活動的基地，成為一個巨大的天然的空間站。目前建立的在軌道上運行的空間站非常有限，很多活動在那裏受到了限制。月球空間站就沒有這個問題了。我們可以在月球上面發射太空船，因為月球的重力只有地球的1/6，在那裏發射會比在地球上節省很多能量。月球將成為人類征服太陽系、開展深空探測的前哨陣地和轉運站。

再進一步，我們還可以把月球建設成地球人的旅遊目的地。“到月球上面去旅行”這是多麼誘人的事情啊，早在幾千年以前，古人就夢想能有這麼一天，所以他們才編織出“嫦娥奔月”這麼美麗的神話故事。如今，這一夢想即將變為事實了。來到月球上的旅遊者，可以親身體會月球表面那極端的特殊環境。盡情地欣賞人類家園地球的美景，在太空中看見過地球的宇航員都感歎“地球是蔚藍色的水球，地球太美了。”親自在疏鬆的月面土壤上踩一踩、跳一跳，體會一下只有地球重力1/6的感覺爽不爽。觀賞一下月面環形山的奇特景觀。這樣的一次經歷，無論哪一個人都會銘記終生的。

<3>開發月球，水的問題該怎麼解決？人類要在月球上面建立起永久性的活動基地，首先一定要有水。早在幾十年前，科學家就對月球上是否存在冰態的水進行過種種理論分析和推測。他們認為在幾十億年前，一定會有彗星碰撞月球，在那裏留下了水。由於月球沒有大氣層，在太陽的照射下，水都蒸發沒了。只有在那些永遠得不到陽光照射的陰暗的低窪地帶可能會有水保存下來，它們結成冰，長期隱藏在那裏。

然而，自20世紀60年代以來，前蘇聯和美國發射的幾十個月球探測器，沒有一個發現過月球上有水冰的一點點蛛絲馬跡。直到1996年，美國科學家在分析1994年“克萊門汀”號探測器傳送回來的月面圖片和探測資料時，發現月球兩極對探測信號有強烈回應，當時推測可能是由巨大冰層產生的。為了探一探這裏面的虛實，1998年1月，美國又發射了“月球勘探者”探測器。探測器攜帶的中子光譜儀，對水有很高的靈敏度，只要1立方米月球土壤中含有一針管的水都能測出來。1998年3月，美國宇航局宣佈 “月球勘探者”證實月球南極和北極都存在水冰，並初步測算出月球水的儲量相當可觀，總共可達1千萬～3億噸之間。最後美國宇航局讓“月球勘探者”撞向月球，希望通過探測被濺出來的土壤，分析其中是否含有水份，可惜這次探測沒有成功。

月球是否有水還是問號，尋找月球水的工作也還持續不斷。但是，與此同時又出現了一種“在月球上用化學方法生產水可能會比找水更容易一些”的說法。我國“嫦娥探月工程”首席科學家歐陽自遠院士就認為月球上面即使有水也是毫無價值的。這些水是分佈在一些從來照不到太陽的永久陰影區。月球水是以冰塊和土攪合在一起的形態存在的，溫度在－150°C以下。要把這樣低溫的冰變成水，先要把冰土收集起來，再加熱、蒸餾、冷卻，最後變成水蒸氣再去用，這是非常困難的，是得不償失的。所以，還不如在工廠裏面生產水。許多學者建議將月球上豐富的鈦鐵礦用氫還原來制取水。不管是在月球上找水還是生產水，都非易事。水的問題在月球開發當中仍然是非常重要的課題。(續)