第二,挥发性元索少,不挥发性元素串。这个事实意味着,月球是在相当高温的环境下形成的。这是考察月球的一大发现。这一发现使许多科学家认为;地球应该是首先问世,后来在地球附近空间这个高温环境下,陨石和气体迅速凝聚,并且在极短的时间内诞生了地球的卫星——月球。
当然这一结论是否正确,还有待于深入探讨。
开发月球的前景
开发月球资源,移居月球,早在古代,人们就产生了这种幻想。但是月球考察给多数人泼了冷水。因为要把条件严酷的月球,改造得和地球上一般,几乎是不可能的,当然把月球作为进一步探索太空和开发宇宙的基地来建设,却是实际的。为此,科学家们做了大量准备工作。
首先,科学家们对带回的岩石和土壤样品进行了全面的分析,结果证明,月球上似乎不存在地球上所没有的新元素,然而月球物质终究有些特别。正如上节讲到的,因为月球曾经受过高温的“洗礼”,所以挥发性较高的元素早已大量散失了。同时,化学家们又惊奇地发现,月球标本中含量最多的居然是氧,它和别的原子一起与化合物(主要是硅酸盐)结合,竟占了全部重量的40%!其次是硅,占20%。铝、钛、铁等总共占15%。月球从最初形成时就缺少水,因此那里普遍存在的应该是金属态的铁(地球上则是氧化铁或硫化铁)。此外,月岩标本告诉人们,稀有金属也比地球上丰富。因此目前正在研究建立的空间太阳能发电站和空间居留地等,都对怎样使用月球资源,作了大胆设想。
人所共知,由于月球重力只有地球重力的1/6,在那里发射飞船不仅能大大节约燃料,还可以简化运载火箭,因此,可以把月球建设成一个较为理想的宇航基地。
另外,把月球作为探索宇宙、观测星辰的科学站是无与伦比的。由于月球上没有大气,来自宇宙的各种信息,都可以不受干扰地被接收到,所以在那里可以对天体作全波段观测,可见,月球是天文学家们施展抱负的理想“天国”。
最后,月球上的各种稀有金属知铁、钛、铝等,被开发和提炼,这无论对建造空间居留地或补充地球上的需要,都是极为可贵的。至于建筑上用的玻璃和纤维材料(硅化物),更是取之不尽,用之不竭。
凡此种种,举不胜举。正因为这样、世界各国都十分重视月球的开发和利用,因此1979年的联合国大会,曾通过并签定了一项关于“人类和平开发月球”的条约。可见,在人类进入到科学技术高度发达的空间时代的今天,开发月球已经是理想中的事了!
丰富的矿产资源
人类提出重返片球的另一个重要意义,是为解决人类面临的日益恶化的生存环境、矿产资源日趋枯竭及能源短缺,人类试图越过重返月球来获得新能源和矿产,以此摆脱人类未来的窘境。在已进行的探月活动中,对从月面取回的岩石和土壤样品,各种学科的科学家莱用不同的方法和手段,对这些来自异球的稀世珍宝进行了极其细微的观察、化验和分析,揭示了大量有关月球的奥秘。
对月球岩石的样品进行分析,发现月球上的岩石主要有三种类型。第一种是富含铁或钛的月海玄武岩。暗色的月海玄武岩主要由单斜辉石、基性斜长石和钛铁矿组成,有时含橄榄石和磷灰石,或微量硫铁和金属铁等物相。登月已取回的岩石中共发现20多种玄武岩的类型。根据氧化钛的含量可将月海玄武岩分为高钛;低敏和极低钛。这些玄武岩特点是富钛富铁,无含水矿物,氧逸度低,无三价铁出现,具有多样的细粒至粗粒结构。第二种是斜长岩,富含钾、稀土和磷的岩类等。斜长岩由95%的斜长石及少量低钙辉石组成,主要分布在月球高地。第王种是由太小为0.1~1毫米的岩屑颗粒组成的角砾岩,是撞击作用的产物。角砾岩可分为破碎状斜长岩、部分熔融的角砾岩、复矿碎屑角砾岩和深变质的喷出岩。
用光谱分析鉴别出月岩中含有地壳里的全部元素和印种左右的矿物,其中有6种矿物是地球上所没有的。难熔元素约占月球质量的65%,富铁及难熔元素的残余液体凝结组成250千米厚的月球外壳。在月球土壤中,氧占40%,它是推进剂和受控生态环境生命保障系统的供氧源;硅古20%,是制作太阳电池阵的原材料。其他元素的比例是,铅6%~8%、镁3%~7%、铁5%~11.3%、钙8%~10.3%、钛5%~6%,钠、钾、锰含量占千分之几,锆、钡、钪、铌含量为万分之几。科学家们把月球土壤样品加热到2000℃,发现有惰性气体从月壤中逸出,其中有氦、氩、氖、氙等放射性粒子。月球上还富含地球上少有的能源氦3,它是核聚变反应堆的理想燃料。从月球岩石标本上还发现有一层很薄的无锈铁薄膜。起初科学家们推测,假如让这种铁处在地球条件下,定会立即氧化锈蚀,然而,经过试验的结果,这种铁不会被氧化,是通常所说的“纯铁”。纯铁对人类非常有用。据估计,在发达国家里,每年因金属腐蚀损失大约占国民经济收入的1/10。如果能在月球上生产纯铁,运回地球上使用,不仅填补了一项空白,而且会获得很大的经济效益,无疑是对人类的一大贡献。开采月球的天然矿藏是十分有吸引力的,在片球基地上将材料加工成最终产品;供空间和地面使用,预计是一项高效益的产业,其前景非常诱人。
探月最高潮莫过于1969年把第二批美国人送上月球的“阿波罗登月计划”,但这只是探月的开端,至于如何利用月球资源,有待继续进行。为此,联合国外层空间委员会经过几年争论不休后终于在1981年签署了月球条约。条约规定,月球归全世界人类共有,它的资源也是属于各国的。
为什么科学家们对这个一无水、二无空气、高高地挂在天上的月亮会发生如此大的兴趣呢?科学家们分析了宇航员带回地球的月岩,证明月球上有许多矿物材料。诸如,二氧化钛(“阿波罗11”带回的月岩含有7.6%,而“阿波罗16号”取回的月岩是0.6%);氧化镁(“阿波罗11号”取的月岩有8.2%,“阿波罗16号”为6.7%);氧化铁(“阿波罗11号”带回的月岩有15.9%;“阿波罗16号”取样是15.2%);三氧化二铅(“阿波罗11号”带回的月岩有13.6%,而“阿波罗。16号”取样含有26.5%);二氧化硅(“阿波罗11号”取的月岩含41.9%;“阿波罗16号”采月岩石占45.1%)。此外,月球蕴藏着丰富的钛和铁。“阿波罗16号”从月球一高地取回的月岩,金属稀少,但铝颇多。地质学家认为月球的氧化铁和地球一样,是最普通的氧化物,是硅石砂和玻璃元素。然而,随着月球高温,硅石已变为高活性物。化学家在月岩中化验出硅酸盐,并研究了用月岩提炼金属方法。
1975年,美国宇航局和美国工程教育学会联合召开了一次空间居住研讨会,会上两位大学教授介绍了从月岩中提炼铝和钛的方法。冶炼过程完全封闭,只需要岩石和能源就能不断地工作。只要采用极简单设备,月面的玄武岩就能制成似玻璃纤维状物体,可作结构材料。
英国月球专家戴维·谢泼德博士指出,月球尘埃轻而易举可变为混凝土。若从地球运去10%的环氧树脂,利用90%的月球尘埃,那么,只用一把铁锨就足矣!这些工作将由机器人来完成。
美国前总统里根在1984年1月25日的国情咨文中提出美宇航局研制永久空间站计划以后,该局局长贝格斯3月22日声称:“到2010年,美国可能在月球上建立居民点;进入21世纪后,美国将利用空间站开发月球资源,甚至有可能在火星上建立一个机器人工作站。”他又说:“这不是梦幻,美国有航天飞机和1997年完成的实用空间站。”早在1903年俄国空间先驱者齐奥尔科夫斯基曾说过:“今天的不可能将成为明天的可能。”
探月仍须继续自从1972年美国结束探月活动之后,未再向月球发射探测器,美宇航局有人提议应继续未竟之业,认为花去庞大资金只有6艘“阿波罗”飞船在6个月面着陆点取样,尚未深入细探,也未立足于月球,实属得不偿失。建议应对月、球做进一步的探索飞行。1984年,美宇航局就合作向月球发射卫星一事与欧洲空间局进行了协商,一致同意搞一次欧美联合探月飞行。日本于19gO年也向月球发射了它的第一个月球探测器,继前苏联和美国之后成为第三个探月国家。
建立月球基地的构思美国在结束“阿波罗”.登月飞行后,想建立第一个月球基地。设想把有降落支架的运货舱和配备雷达的着陆器送上月球。用此着陆器也能作载人飞行,每一次着陆器飞行可载6名宇航员。只要有运货舱和着陆器,就能在月球上建立基地。月球基地居住试验不超过12人,在预制的掩蔽房内住3~6个月。
美国通用动力和康维公司的一个小组认为,目前航天飞机只有24.5吨载重能力,返回飞行载荷限定在14.5吨,因此航天飞机不能使用。倘若能带15吨燃料,就有可能在空间建立一个临时供燃站,从站上给飞往月球的着陆器加燃,不需要运货舱返回地球。遗憾的是,航天飞机运货舱内无燃料储藏空间,特别是低密度燃料的氢。因此,康维司工作组建议,用航天飞机结构的特殊压舱物箱内装上水,运到轨道上的加工厂,把水电解为氢和氧,储存起采,供着陆器飞行加燃用。该公司工作组推测,依此方法,有44%的航天飞机可供利用。轨道加燃费用比在月球上生产燃料便宜。
美宇航局也注意到从月岩中提取氧的方法。研究表明,在运货舱内建起的一个小型化学加工厂,利用月球阳光能源,每天可生产约100千克的液氧。高温下,月岩与甲烷起反应,产生一氧化碳和氢。在另外设想中,用低温反应堆,一氧化碳与氢反应,还原为甲烷和水,然后,使水电解为氢和氧,把氧储存起来,而氢再循环进入系统。
1984年10月30日,美宇航局和国立科学院以“21世纪月球基地和空间活动”为题联合召开了座谈会,与会者有300名科学家、工程师以及宇航员。在会上,就重新进行月球探索和开发月球资源广开言路,各抒己见,漫谈2005年在月球上建立一个美国人居住的月球基地。