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这些年轻的科学家将塑造月球研究的未来50年

2020-02-14 14:03:30来源:

梅加·巴特(Megha Bhatt)长大,凝视着月亮,穿过最黑的天空。她的印度小村庄经常在晚上停电,所以有足够的时间惊叹于天上的景色。她的父母向她讲述了美国男人如何登上月球并迈出巨大一步的故事。在学校里,她在月球表面上看到了尼尔·阿姆斯特朗的录像,她被迷住了。她成为了行星科学家。

下周,巴特打算看她自己的国家到达月球。在7月15日凌晨,在钦奈以北的Satish Dhawan发射中心,Chandrayaan-2号探月探测器计划打入太空。如果成功起飞,飞船将前往月球南极,并将印度的第一个月球着陆器降到地面。它装有一个六轮粗纱机器人,这将使印度成为继苏联,美国和中国之后的第四个将轮式车辆放在另一个世界上的国家。

Chandrayaan-2强调了自阿姆斯特朗采取这些历史性步骤以来的50年中,月球探索发生了巨大变化。曾经是少数几个美国白人“飞向月球”系列任务的领域,如今被称为“阿波罗”,如今这个领域更加年轻,更加多样化,并由机器人主导。

自然特色:阿波罗登月50周年

除了执行印度任务外,中国还于1月在月球远端进行了历史性着陆,并可能在今年晚些时候启动其首个样品返回任务。4月,一家以色列公司将第一架私人建造的航天器放到月球上(尽管它坠落了)。韩国正在研发首个登月探测器,最早将于明年发射。俄罗斯正在研发一系列着陆器,这将是数十年来首次登陆月球。美国已经宣布计划在预备阶段发送一组机器人探测器,以在2024年底之前将宇航员放回月球表面。巴特说:“这是探索月球的黄金时期。”

随着所有这些机会的开放,新一代科学家急于拥抱月球科学。当1969年至1972年之间,美国航空航天局(NASA)的宇航员在月球上行走时,这些研究人员中没有一个还活着,但是阿波罗的重要性在数十年中引起了共鸣。《自然》杂志采访了五位年轻的月球研究者,他们的经验表明,人们对地球最近的邻居有多大兴趣,还有多少要在附近发现。

梅加·巴特(MEGHA BHATT):矿物专家

巴特一生都在感受到月亮的拖船。小时候,她梦想着在印度航天局工作,这促使她学习物理和电子学。她读过阿波罗(Apollo)宇航员写的书,包括巴兹·奥尔德林(Buzz Aldrin),这是第二个踏上月球的人。后来,她在德国格丁根的马克斯·普朗克太阳能系统研究所攻读博士学位,与此同时,她又与一位安静的俄罗斯科学家友好地访问了该研究所。直到她在电视节目中看到他时,她才意识到Sasha Basilevsky是苏联太空计划中的主要月球地质学家之一,该人帮助确定了前两架月球车在1970和1973年的降落地点。

Bhatt也许是在印度成为月球科学家的最佳时机,建立了自己的事业。该国于2008年启动了首次月球飞行任务,即Chandrayaan-1轨道飞行器。她在研究月球矿物学的博士学位中使用了几种仪器的数据。通过研究光如何以各种波长从月球反射,她绘制了不同矿物在地表的分布方式。她帮助开发了一种估算铁含量的方法1,该信息可以揭示熔融的婴儿月球在大约45亿年前冷却后如何开始形成矿物晶体。

现在,巴特一直在艾哈迈达巴德的印度国家物理研究实验室工作,他继续专门研究月球遥感,绘制月球的矿物学地图。她主要处理Chandrayaan-1的数据,但将这些数据与其他登月任务(例如,日本SELENE探测器)的测量结果结合在一起,该探测器在2007年至2009年之间运行。她说:“渊源必须整合才能看到更大的前景。”“就像侦探一样。” / p>

首次登月几乎是美国的任务

她试图揭开的月球之谜之一就是月球漩涡。这些神秘的浅色标记在月球上出现,就像咖啡中的奶油斑点一样。科学家们对月球漩涡的形成有几种相互竞争的想法,但是一种流行的观念是,场所中的磁性岩石起着保护伞的作用,以保护表面免受被称为太阳风的宇宙粒子流的侵袭。屏蔽层可以防止表面变黑,否则会变黑。

巴特一直在研究这些漩涡的矿物学,这些漩涡可以绵延数十公里。在一次旋涡中,巴特发现了一种循环现象,称为Reiner Gamma,发现了表面矿物反射光的方式的变化,这表明几种机制形成了旋涡的不同区域。她说,磁屏蔽可以解释某些月球漩涡的某些部分,但可能并非全部。

如果Chandrayaan-2任务成功完成,Bhatt将把注意力转移到流动站着陆点的矿物上。着陆器将是第一个在月球高地上贫铁,富铝的岩石上定居的探测器。

这可能会带来各种惊喜。巴特说:“整个月球界都期待着这一使命。”

杰西卡·巴恩斯:摇滚侦探

明年左右的某个时候,杰西卡·巴恩斯(Jessica Barnes)将走进一个大冰箱,冰箱的温度保持在“ 0”度,并将手套的双手放在一块月球岩石上。 1972年重返地球这将是第一次打开这些Apollo样本,并且没有人完全确定它们可能包含什么。

巴恩斯计划分析冻结的岩石中含有多少水和其他挥发性物质。宇航员哈里森·施密特(Harrison Schmitt)在月球的金牛座-利特罗(Taurus-Littrow)山谷的一块巨石上砍掉了它,同时又从同一块巨石上取走了另一块。该样品返回地球后保持在室温下。现在,巴恩斯有无与伦比的机会来研究两者的不同之处。

如果它们包含相同量的水和其他挥发物,那么当它们从月球返回时,NASA可能不必费心冻结岩石。任何差异都可能指向管理月球样本以保持其多年科学价值的新方法。仅在2008年,研究人员才首次明确地在阿波罗样本中检测到水,这意味着月球像许多世代以来所认为的一样干燥。巴恩斯和她的同事还将探讨冷冻的阿波罗样本的基本地质和化学性质。

NASA真的可以在2024年之前使人们重返月球吗?

巴恩斯(Barnes)起初是在苏格兰的一名地质学学生,但当她偶然发现博士学位时,便转向了月球,该职位涉及使用称为纳米级二次离子质谱的技术,以极小规模分析月球岩石中的化学元素。她说:“泪看着这个职位,简直不敢相信我的运气。”“泪”正在使用一种崭新的技术研究月球岩石。我很幸运能得到它,而且我再也没有回头。

她现在在德克萨斯州休斯敦的NASA约翰逊航天中心校园工作,离著名的月球实验室不远,那里精心保存着阿波罗岩石以进行科学研究。她研究了各种月球岩石,包括她最喜欢的“古老的岩石,被称为云母”,其乳白色的身体散布着蜂蜜棕色的矿物质。她说:“这是我见过的最美丽的岩石。”8月,她将搬到图森的亚利桑那大学,在那里她将应用月亮岩石研究的经验教训,以帮助计划如何保存OSIRIS-REx收集的小行星样本,这是美国首次从小行星返回的任务,这是预计可以追溯到2023年。

目前,她最大的兴奋来自阿波罗采样计划,该计划包括其他八支团队,研究原始阿波罗岩石的不同方面。而且,每隔一段时间,巴恩斯都会去开会,看看施密特(Schmitt)的宇航员,他在月球上捡起了自己的岩石样本。

凯瑟琳·乔伊:陨石猎人

凯瑟琳·乔伊(Katherine Joy)在英国曼彻斯特大学(University of Manchester)研究的月球岩石没有到达太空舱中,而太空舱是由宇航员手工运送的。她专门研究月球陨石,这是月亮的稀有碎片,它们被宇宙撞击撞碎,然后飞过太空降落到地球上。

乔伊甚至亲自寻找陨石,有时在雪地摩托上穿越广阔的南极冰原。当她驶过冰冻的表面时,她会扫描它,看是否有小小的深色岩石,它们在视觉上突然反射在反射的冰面上。这些是落在南极冰上的陨石,正等着科学家们将它们捡起来。

今年早些时候,乔伊(Joy)参加了由英国在剑桥进行的南极调查组织和支持的首个由英国领导的南极陨石搜索。在4周的过程中,研究小组在冰上发现了36​​块太空石。本月,她将首次真正分析这些样品,这些样品是用从南极洲运送它们的慢船抵达英国的。

她希望至少找出一块开始在月球上旅行的岩石。她说:“在我去过的一次旅行中,设法找到了[小行星]维斯塔碎片。”“我很想找到月球陨石。”?/ p>

地球化学家乔伊(Joy)研究了阿波罗(Apollo)宇航员带回的一些最著名的岩石。2012年,她报告说在阿波罗16号任务3期间收集的岩石中发现了古代小行星的碎片-结果表明,化学原始的小行星在超过34亿年前定期轰击地球和月球。

月球陨石可以帮助乔伊扩展她的工作,因为它们来自整个月球。相比之下,阿波罗样本全部来自月球相对有限的部分,这是月球近侧地球化学上独特的区域。

强制阅读:月球上的书

科学家们已经识别出145多种月球陨石,并希望他们了解月球的更广泛地质。例如,5月,乔伊(Joy)和她的同事报告说,2013年在南极发现的43亿年前的月球陨石中有证据表明,那时火山已经在月球上喷发了,距离主要时期有几亿年月火山活动开始了。这项工作增加了越来越多的证据,表明火山在月球历史中爆发的时间比研究人员想象的要早。

乔伊(Joy)是为俄罗斯计划的Luna-27登陆器建立欧洲仪器的合作的一部分,该仪器旨在在2023年后的某个时间访问月球南极地区。她还为英国政府就行星探索的重要性提供了建议。她只不过想自己去月球,也许是在撞击坑的一侧垂降以寻找地质历史层次。

不过,就目前而言,她将不得不处理自己在南极拾取的陨石。该团队有一个又一个野外赛季的资金,并希望将其定为永久性计划,以补充英国每年长期进行的长期由美国领导的陨石狩猎。

每当乔伊和她的同事们在冰上发现一个黑斑点时,她都希望它是一个月球陨石,这是有关方便地掉落在地球上的月球信息的潜在宝库。她说:“为什么我们会继续努力去获得更多呢?”

蔡京SIM:土壤侦探

蔡京Sim绝对不想去月球。在最近一次从韩国到德克萨斯州的旅行中,她被挤在飞机座位上,她试图通过观看电影《第一人》来打发时间,该电影将尼尔·阿姆斯特朗的登月之旅变成了戏剧。在不舒服的飞行中,看到他身着阿波罗太空舱给他留下了深刻的印象。她说:“很难看他被挤在飞船上。”

Sim非常喜欢带她的两个孩子出去看天空中的月亮。他们谈论了它的亮度和不断变化的形状,以及他们的母亲如何从地球上解开它的许多奥秘。

受一个热爱天文学的儿时朋友的启发,Sim最初被训练为行星天文学家,并研究了木星和土星的大气层。但是在她获得博士学位的那段时间,2014年,韩国政府宣布了将该国第一架航天器送上月球的计划。当时韩国的登月科学家很少,因此Sim和其他人争先恐后地想出独特的科学来完成这项任务。

她现在是一个团队的成员之一,该团队正在开发一种将使用偏振光研究月球的照相机。极化研究可以揭示月球表面的细节,例如尘埃颗粒的大小,这是表面风化程度的标志。汉城庆熙大学的行星科学家西姆说,这台相机将成为有史以来送往月球的最高分辨率的偏振仪,并将使科学家能够计划未来对月球的飞行任务。

如何建立月球基地

她的专长是太空风化,在这个过程中,随着陨石撞击和太阳风的袭击,行星表面随着时间的推移而变暗和变红。Sim致力于弄清这两个过程在月球上造成的空间风化程度。她说,弄清造成地表退化的各种因素可以帮助研究人员了解该地区的地质历史。

她和她的同事在Icarus4的报纸上的一篇论文中发现,月球土壤中的铁含量会导致它们对太空风化的反应不同。了解这些差异可以帮助任务计划者选择他们可能会在其上着陆的土壤的类型。

韩国政府已经讨论了未来的登月任务,包括最终的着陆器。目前,它计划朝着月球迈出的第一步-“韩国探路者月球轨道器”计划在2020年底之前发射升空。一旦数据开始流回,Sim希望使用它们将月球上的空间风化与其他无气物体(如水星)的风化进行比较。她也期待向世界展示朝鲜调查发现的一切。

她说:“是外国人,我不习惯使用其他国家的数据,因为这笔钱是由该国而不是我们国家的纳税人花费的。”“想与其他国家的科学家分享韩国的数据。” / p>

文泽足协:雷达阅读器

文哲发还看到他的职业受到他的国家月球野心的影响。他在中国西北的乡村长大,学习物理和化学,这使他进入了大学和大城市。但是在他的教科书中,所描述的大多数科学家都来自西方国家。他说:“这里没有中文名字。”

在上海复旦大学攻读博士学位时,Fa一直在研究地球的卫星测量,并专门研究能量如何从行星表面散射的物理学。中国正准备在2007年发射第一颗月球轨道飞行器Chang-1。他工作的实验室将处理探针的数据,而Fa自愿参加了该插槽。最终,他将能够为本土发现做出贡献。

Fa现在是北京大学的月球科学家,多年来一直沉浸在中国月球数据中。他是Chang'檈-4的科学团队的成员,这是历史性的远距离着陆。在他的出版物清单中,载有来自Chang的前三个任务的发现。

他计算了月球土壤中3的氦气(一种潜在的宇航员燃料来源)的量,并测量了昌3漫游者下方各种土壤层的深度。这艘飞船在2013年降落在马雷岛(Mare Imbrium)地区,并搭载了探地雷达仪器。它对月球地下进行了最详细的测量,结果发现其地质复杂性超出了科学家的预期。Fa说:“我们越探索月球,我们就会遇到更多的问题。”

Fa还挑战了传统的观念,例如月球两极附近阴影笼罩的陨石坑是否包含大量冰块。包括美国登月侦察轨道飞行器在内的航天器的观测发现,在这些陨石坑中有水冰的痕迹,美国宇航局等太空机构表示,宇航员可以开采这种冰以支持未来的月球殖民地。但是Fa提出了一种新模型来解释这些观察结果5。他认为,美国的月球轨道飞行器正在看到雷达主要从岩石而不是冰上弹起。他说:“这里可能有水冰,但数量却没有以前想象的那么大。”“结果的确是未来探索的挑战。”?/ p>

展望未来,法航已经在计划“ Chang-5”飞行任务,中国计划在今年年初启动“ to-5”飞行任务,以检索月球样品并将其运送到地球。他看过但从未碰过阿波罗宇航员收集的月球岩石。他说,现在,随着中国航天器计划带回多达2千克的月球物质,他可能终于有机会与月球连接。“有时候我觉得我很幸运。”?/ p>

大自然571,163-166(2019)