我们正处在进一步了解月球永久阴影区(PSR)冰冻状况预测的风口浪尖。多个国家正在关注月球南极,研究团队正在规划如何以及在哪里探索这些不见阳光的地貌底部。
然而,在某些圈子里,有人建议暂停对月球上永久阴影区进行近距离检查。虽然这些区域可能蕴藏着丰富的可提取冰,但可能需要保护这些地貌,以维护它们可能提供的科学价值。
一个永久阴影区可以作为“古老宇宙磁带记录器”,应该在月球两极加以保护。然而,未来还需要更多建模工作来评估温暖的航天器、探测车,甚至宇航服对这些环境的影响。这样做可能会确保在有机会研究这种基本记录之前,不会对其造成意外的污染。
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尽管如此,一些新的研究已经确定了阿耳忒弥斯3号候选着陆点内可能隐藏水冰的特定感兴趣区域,这些水冰可能供未来在月球表面的人类宇航员使用。但是,在月球上找到足够冰来支持人类栖息地的期望有多现实?以及在月球上开采和利用资源会带来哪些问题?
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冷阱
美国宇航局的阿耳忒弥斯3号任务 — 美国“重启登月”的人类探险 — 计划将宇航员送往月球南极附近着陆。月球南极位于沙克尔顿陨石坑边缘,这是一个直径13英里(21公里)的地貌,数十亿年前由小行星撞击形成。沙克尔顿陨石坑内部永久阴影。
虽然阿耳忒弥斯3号的确切着陆点仍在确定中,但有利的着陆地点靠近永久阴影区。还有一些有吸引力的月球景观地点,可以提供长时间的阳光照射,并实现直接与地球通信。
月球南极被高照明的山峰环绕,这些山峰可以在也包含永久阴影区的区域提供太阳能,永久阴影区是据信蕴藏着挥发性元素的“冷阱”,这些挥发性元素可以转化为有用的材料、辐射屏蔽甚至火箭燃料。
独特的地点
沙克尔顿陨石坑和汉森陨石坑之间的“连接脊”被认为是独特的南极地点。对于未来的采样任务来说,它可能是一个理想的目标,在短距离内可以评估大量特征。
对连接脊的详细检查将为收集任何潜在资源提供地质背景,这些资源对于维持人类栖息地是必要的,如果未来该地点被确定为永久性月球表面前哨站的目标。
这是莎拉·博兹曼的观点,她常驻欧洲航天局位于荷兰的欧洲空间研究与技术中心(ESTEC),是最近一篇深入研究月球南极附近地质目标的研究论文的第一作者。
博兹曼和同事解释说:“应继续对月球南极区域的探测,以评估感兴趣特征的可达性,包括孤立的巨石、岩石露头、岩石陨石坑和永久阴影区,为即将到来的该区域任务做准备。”“此类探测将为未来探索月球南极的任何努力提供关键背景。”
大而平坦
大学空间研究协会月球与行星研究所(位于得克萨斯州休斯顿)的首席科学家大卫·克林说,连接脊的一部分略宽于一公里。他说,山脊上存在足够大且平坦的区域,可以满足美国宇航局阿耳忒弥斯人类着陆系统的要求,即可以将探险队送往月球表面的月球机械。
克林告诉Space.com:“山脊通常宽数百米,并且布满了小型撞击坑。其中一些陨石坑壁很陡峭,需要避开。阴影也可能使陨石坑壁看起来比实际更陡峭,陨石坑底部更深。”
虽然您可能认为陨石坑是麻烦,但克林补充说,它们是月球表面的重要探测器。“产生陨石坑的挖掘过程将深处的物质带到地表,宇航员可以在那里获取这些物质,”他说。
各种形状和大小
帕斯卡·李是SETI研究所和火星研究所的行星科学家,常驻美国宇航局艾姆斯研究中心(位于加利福尼亚州莫菲特菲尔德)。
李说,重要的是要意识到,月球上的永久阴影区有各种形状和大小,从确实可以称为“区域”的大面积区域,到巨石底部周围的小得多的小片区域,再到月球风化层颗粒之间的角落和缝隙。“我认为我们应该使用更通用的表达方式‘永久阴影区域’或‘PSA’。”
李补充说,同样重要的是要意识到,永久阴影区与月球两极的水冰之间并非一一对应。
李说:“一些永久阴影区似乎几乎没有或根本没有氢。”“然而,偶尔也有阳光照射的区域,令人惊讶的是,在月球风化层的顶层一米内仍然显示出氢特征,”月球风化层是月球尘埃、碎石和其他物质的顶层覆盖物。
国际事业
去年11月,国家科学技术委员会下属的白宫跨部门工作组制定了一项地月空间技术战略。该战略在文件中解释说,需要新技术来探索月球极地地区,“这些地区可能含有大量的挥发性化合物,这些化合物对于资源利用尤为重要。”
该战略报告还提出了国际月球年(ILY)。
报告解释说:“科学是一项国际事业,科学家们长期以来展示了跨越国界为共同利益工作的能力。”“美国主导的建立国际月球年(ILY)的倡议可以借鉴过去国际极地年(IPY)、国际地球物理年(IGY)和国际空间年(ISY)的历史范例。
报告称,国际月球年还可以展示如何为所有国家(包括发展中国家)的利益和兴趣负责任地开展各种活动,“同时提高透明度,并在登月实体之间建立信任和合作。”
阿耳忒弥斯基地营
美国宇航局的首要目标是在1969年至1972年间通过阿波罗计划实现人类登月的传统基础上,发展可持续的月球探测。
但是,月球探测分析小组(LEAG)的评估发现,关于阿耳忒弥斯基地营的细节过于粗略。
LEAG成立于2004年,旨在支持美国宇航局分析科学、技术、商业和运营问题,以支持月球探测目标及其对月球架构规划和确定月球活动优先顺序的影响。
LEAG在2022年的一份文件中表示:“除非阿耳忒弥斯计划包括在月球上单一地点建立健全的地面基础设施和发展战略,以促进和推动商业和探测活动,否则阿耳忒弥斯计划将不会真正具有可持续性。迄今为止,阿耳忒弥斯3号任务的进展令人鼓舞,但阿耳忒弥斯计划‘持续’阶段的细节对于更广泛的社区来说仍然模糊不清。”
因此,LEAG敦促美国宇航局阐明其计划,以实现阿耳忒弥斯基地营的建设,“并在2030年前建立大规模资源生产,从而支持人类在月球表面永久存在,并促进蓬勃发展的地月经济。”
产权
新书《地外世界——生活在外太空的伦理问题和困境》(麻省理工学院出版社,2023年)的作者埃里卡·内斯沃德说,月球采矿可能是太空产权的首批重大考验之一。
内斯沃德告诉Space.com:“虽然外太空本身可能是无限的,但我们触手可及的宝贵太空资源并非如此,国际条约和国家法律体系是否会引导我们走向合作、竞争或因月球上的冰等有限资源而发生冲突,仍有待观察。
内斯沃德补充说,“先到先得”对于有资源率先到达的公司以及希望激励和刺激本国民营太空采矿产业的政府来说,当然是一个有吸引力的模式。
“但从伦理上讲,这与1967年《外层空间条约》中提出的理想相冲突,即空间活动应‘为所有国家的利益和兴趣而开展,无论其经济或科学发展程度如何’,”内斯沃德指出。
那么,如何最好地遏制潜在的冲突呢?
内斯沃德回应说:“就像我们在这里地球上必须解决这类棘手的重大问题一样,”“通过深思熟虑的努力和远见,与所有利益攸关者协商,包括尚未具备月球采矿能力的国家。”有必要认真考虑这些决定对后代和月球环境本身的影响,“以及太空律师和外交官的大量辛勤工作。”
水塔
与此同时,美国宇航局的帕斯卡·李就永久阴影区提出了警示。
李说:“我认为现在谈论水作为月球两极的一种资源还为时过早。”“只有当在现场提取比从其他地方进口在经济上更便宜且风险更低时,某物才会成为‘资源’。”
李指出,借助SpaceX 星舰,将有能力在一次飞行中将100多吨清洁、净化、即用的水降落在月球上的任何地方。
李说:“您实际上将在月球上拥有一个水塔,底部装有一个水龙头,正好在您想要的位置。这将花费大约1000万到几千万美元。”
因此,真正的问题是:何时在月球两极提取并定位在我们想要的位置的100吨清洁、处理过的水的成本会低于几千万美元?
李总结道:“我对我们的月球未来持乐观态度,”“但我真的认为这将是一个非常非常漫长的过程,如果真有那么一天的话。地球是月球可获得的最大水源。”
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