1. <optgroup id="ybyip"></optgroup>
      <optgroup id="ybyip"></optgroup>
      <optgroup id="ybyip"></optgroup>
      <ol id="ybyip"><blockquote id="ybyip"></blockquote></ol>
      <acronym id="ybyip"></acronym>

      <span id="ybyip"><blockquote id="ybyip"></blockquote></span>
    2. 50年前的今天,月球上發生了啥
      發布時間:2019-07-20
      出品:科普中國
      制作:haibaraemily
      監制:中國科學院計算機網絡信息中心

        50年前的今天,美東時間720131739秒,無數人聚集在電視機前,忐忑不安地等待著。這是阿波羅11號飛船上的第5天,自發射起,它已經飛行了100個小時12分鐘。 

        在一天前進入環月球軌道之后,此時的阿波羅飛船正在第13圈環繞月球,兩名宇航員——尼爾·阿姆斯特朗和巴茲·奧爾德林——也已經進入登月艙中等待,另一名宇航員邁克爾·柯林斯將在此后的20多個小時里一直獨自停留在指令艙中接應。 

       


      阿波羅11號的三位宇航員:尼爾·阿姆斯特朗、邁克爾·柯林斯和巴茲·奧爾德林。來源:NASA 

          

        0-2時:分離 

        而遠隔了半個地球的中國大陸上,此時正是北京時間1969721日凌晨1440阿波羅11號的登月艙(LM)與指令&服務艙(CSM)分離。 

       


      動圖 來源:紀錄片《阿波羅11號》 

        阿波羅載人飛船由三個部分組成:指令艙、服務艙和登月艙(LM,而在最終抵達地球之前,指令艙和服務艙始終連接在一起,合稱為指令&服務艙(CSM)。 

       


      阿波羅11號飛船的結構。圖改編自:維基 

        阿波羅11號的登月艙叫做“鷹號”,指令艙叫做“哥倫比亞號”。實際登月的時候,只有登月艙會降落到月球表面,而指令&服務艙會一直停留在月球軌道上。 

          

        2-4時:降軌 

        北京時間721日凌晨3814(美東時間72015814秒),登月艙(LM)點火進入下降軌道。 

        這是一個近月點距離月球表面15.7公里、遠月點距離月球表面105.9公里的大橢圓軌道,也是2個月前的阿波羅10號曾經“彩排”過的軌道。 

        2個月前,阿波羅10號的兩位宇航員斯塔福德和塞爾南駕駛登月艙“史努比”與指令艙“查理·布朗”中的宇航員楊,聯合測試了除了登陸月表以外的所有項目。 

       


      圖源:NASA 

        此時的阿波羅11號登月艙正位于月球的背面,與地球的信號處于中斷狀態。宇航員們將利用這段時間調整下降參數和姿態,等待飛回月球正面的時刻。 

        44分鐘后,準備動力下降的登月艙打開降落雷達。 

          

        4-6時:著陸 

        北京時間721日凌晨455(美東時間7201655秒),登月艙開始動力下降。 

      動圖 來源:紀錄片《阿波羅11號》 

          

        北京時間721日凌晨41739(美東時間720161739秒),經過12分多鐘的動力下降,阿波羅11號登月艙“鷹號”終于帶著兩名宇航員成功著陸在遠在地球38萬公里之外的月球表面——月球正面的靜海基地。 

      底圖:LROC,制圖:haibaraemily 

          

        Houston, Tranquility base here. The Eagle has landed. (休斯頓,這里是靜海基地。鷹號已著陸。)」 

      來源:NASA 

        而收到宇航員們報平安的消息之后,地面站的工程師們回復道:「謝謝你們!我們終于可以正常呼吸了!」 

          


      來源:紀錄片《阿波羅11號》 

        這話一點也不夸張。 

        1957年提出C-1火箭(也就是后來的土星一號),到1967年土星五號AS-501飛行測試的成功,為了能夠制造出足夠把人類送上月球的強大運載火箭,美國在與時間(以及蘇聯)賽跑的過程中經歷了無數失敗,還失去了阿波羅1號三名宇航員寶貴的生命。 

        徘徊者號系列任務、勘測者號系列任務、月球軌道器系列任務、水星計劃、雙子星計劃……為了能為登月做好充分的準備工作,美國人盡一切努力了解月球、培訓宇航員。 

        即使在阿波羅11號隨著土星五號火箭成功發射,成功抵達月球軌道之后,行百里者半九十,著陸的時刻會發生什么,誰也不知道。 

        就這樣,無數地球上的人們和兩名宇航員一起,經歷了驚心動魄的12分鐘降落時光: 

        l  5次程序警報響起,更要命的是宇航員對這個警報是啥意思一臉懵逼; 

        l  鷹號提前飛過了預定著陸點,只能繼續往前飛行,重新尋找合適的著陸點; 

        l  自動導航不夠給力,宇航員們不得不切換成手動飛行來掠過一個致命的隕石坑; 

        l  最終著陸的111秒之前,登月艙已經發出了低燃料警報; 

        l  ...... 

        但最終,在經驗豐富的指令長尼爾·阿姆斯特朗的冷靜(?)操作之下,鷹號在僅剩的一點燃料下安全著陸月面。 

          

        所有的努力,在這一刻得到了回報。 

        至于阿姆斯特朗童鞋實際上有多緊張,阿波羅飛船上的心率測量出賣了他——著陸月表的時刻,阿姆斯特朗的心率飆升到了156 

      來源:紀錄片《阿波羅11號》 

          

        6-10時:準備 

        登月艙內準備和修整。 

          

        10-12時:出艙 

        北京時間721日上午105116(美東時間720225116秒),著陸6個半小時之后,尼爾·阿姆斯特朗走出登月艙,開始走下梯子。 

          

        4分鐘后,阿姆斯特朗將人類的第一個腳步踏上月球。 

          

        That's one small step for a manone giant leap for mankind. 

        這是個人的一小步,卻是人類的一大步。」 

       

       

       

      來源:NASA 

        一看這渣畫質就知道是阿波羅著陸腿上的相機拍攝的…雖然有一部分影像在2009年做了做了后期修復重建。 

          

        20分鐘后,北京時間721日上午111157,第二名人類——巴茲·奧爾德林也走出了登月艙。 

        事實上,如今的我們常看到的阿波羅11號宇航員出艙的高清照片,絕大多數都不是登月第一人阿姆斯特朗,而是第二人奧爾德林——因為這是先下來的阿姆斯特朗為奧爾德林拍攝的。 

          

      奧爾德林走下梯子,埃姆斯特朗的相機真的是清楚多了。來源:AS11-40-5866 

          

        這枚著名的登月腳印,也是奧爾德林的。 

      來源:NASA 

        再然后,他們在全世界的注視下豎起了美國國旗,與白宮的總統對話……在大多數阿波羅11號的介紹里,故事到了這里,差不多就已經結束了。即使是在《登月第一人》這樣的電影里,阿姆斯特朗登上月球,欣賞了一會兒景色,然后鏡頭一轉,就動身回地球了。 

          

        活著踏上月球表面,似乎已經是整個阿波羅11號任務的成功,之后發生了什么?反正我們都知道他們也都活著回來了… 

          

        然而,作為人類第一次月面科學考察,兩名宇航員的工作才剛剛開始。 

          

        第一次樣本采集 

        事實上,早在奧爾德林還沒有出艙的20分鐘里,阿姆斯特朗就已經高效地完成了一波月面初步考察:安裝了相機、對月表進行拍照,以及展開了1次月球樣本采集(Contingency Sample 

      阿姆斯特朗第一次月面采樣。來源:阿波羅著陸腿上的相機拍攝 

        這種看著像打高爾夫球似的動作,其實是宇航員在“撈”樣品。而奧爾德林的加入,讓接下來的探測變得更加緊張有序。 

      第一次月面采樣發生于北京時間上午11558-98秒這三分多鐘里,阿姆斯特朗共采集了約1公斤月球樣品裝入塑料袋中。來源:NASA 

          

        太陽風成分實驗 

        太陽一直在向外釋放高能帶電粒子,也就是“太陽風”。幸運的是,地球的磁場能夠屏蔽絕大部分太陽風(除了極區),保護了地球的大氣,也保護了地球上的生命。而幾乎沒有磁場和大氣層的月球就不一樣了,太陽風可以長驅直入,直接轟擊月球的表面。 

        為了探測太陽風的成分,奧爾德林開展了太陽風成分實驗。 

        北京時間721日上午113520(美東時間720233520秒),奧爾德林開始在距離登月艙約6米外的地方立起一面“旗子”——一塊1.4×0.3米的鋁箔板。這塊鋁箔板將在月球上停留77分鐘,把打上去的太陽風粒子收集起來,然后由宇航員拆下來帶回地球。 

      (左)奧爾德林安置的鋁箔板;(右)太陽風成分實驗示意圖。來源:NASA 

          

        事實上,除了阿波羅11號,此后的阿波羅12號、14號、15號和16號也開展了相似的太陽風成分實驗。 

          

        第二次樣本采集 

        大約17分鐘后,阿姆斯特朗開始了第二次樣本采集(Bulk sample,持續約14分鐘。第二次采樣對具體的月巖類型選擇沒有什么要求,只需要采集大量的樣本可以帶回地球研究就可以。 

      第二次采樣所用的鏟子和采回的樣品示例。來源:美國國家航空航天博物館&NASA 

          

        12-14時:安置科學儀器 

        好不容易來一趟月球,科學家們恨不得把地球上的儀器都讓宇航員們帶上,然而由于重量的限制……這是不可能的。而且由于是第一次著陸,考慮到月面行走的安全,阿波羅11號帶的科學儀器尤其少——此后的幾次阿波羅任務均安置了4-6種科學儀器,但阿波羅11號只帶了2種——激光反射棱鏡和被動月震儀 

        北京時間721日中午122538(美東時間同天02538秒),奧爾德林從登月艙中取出儀器。 

       


      圖中還可以看到用于太陽風成分實驗的鋁箔板。來源:NASA AS11-40-5931 

          

      奧爾德林:左手一臺月震儀,右手一臺激光反射棱鏡,開開心心提著去安上。來源:NASA 

          

        此后的10分鐘里,兩臺儀器先后被安裝在月球表面。 

          

        激光反射棱鏡 

        激光反射棱鏡是一種原理非常直觀的觀測手段:通過在月球正面安置棱鏡,從地球上向棱鏡發射激光并接收反射回來的激光,通過激光傳播時間就可以推算每個時刻地球和月球之間的距離和變化。 

      阿波羅11號在月球上安置的激光反射棱鏡陣列(左)和揭開黑色蓋子之后的樣子(右)來源:NASA&美國國家航空航天博物館 

          

        阿波羅11號之后,NASA的阿波羅141517號載人登月任務和蘇聯的月球1721號無人登月任務均在月面安裝了一臺激光反射棱鏡。 

        由于幾乎不需要后期維護(此處月震儀哭暈在廁所),這些安裝在月球正面的激光反射棱鏡陣列可以長時間工作,幫助我們在幾十年的尺度上持續監測地月之間的距離變化,并推算與之相關的地球物理參數。我們熟知的“月球正在以3.8 厘米/年的速度遠離地球”,這就是月面激光反射棱鏡告訴我們的。 

        至今仍在工作中的阿波羅月面激光反射棱鏡也成為了今天的我們見證阿波羅登月真實性的鐵證之一——2018122日晚,中國科學院云南天文臺團隊利用1.2米望遠鏡激光測距系統,多次成功探測到阿波羅15號月面激光反射棱鏡返回的激光脈沖信號,成功實現了我國首次月球激光測距。 

      (左)人類迄今為止安裝在月球上的所有激光反射棱鏡位置。來源:NASA;(右)云南天文臺1.2米望遠鏡進行的激光測月觀測和觀測結果。來源:云南天文臺 

          

        月震儀 

        阿波羅11號攜帶的是動月震儀套裝,所謂“被動”嘛,就是自己不生產月震,只在月球感覺到震動的時候測一下。 

        既然有被動月震觀測,當然也就有主動月震觀測——后來的阿波羅1416號任務的宇航員在月球上安裝了主動月震觀測裝置,并人工制造了幾次月震。 

       


      奧爾德林在裝配(左)和調整(右)月震儀來源:NASA 

          

        在月震儀被安裝上不久,北京時間721日中午124039(美東時間同天04039秒),地球上的科學家們就已經收到了阿波羅11號月震儀傳回的第一份被動月震數據——宇航員們月面活動產生的月震。 

        

      來源:紀錄片《阿波羅11號》 

        和激光反射棱鏡一樣,月震儀也同樣可以在宇航員們離開月球之后長期繼續工作,不過可惜的是,阿波羅11號安置的月震儀僅僅工作了三周就壞了,遠沒有后來阿波羅1214151617號安置的月震儀那么堅挺——后4臺月震儀一直工作到了1977年才由于經費和供能的雙重原因被終止。在此期間,這些月震儀記錄下了12558次月震(包括9次人工月震),大大幫助我們認識了月球的內部結構。 


      (左)阿波羅任務在月球上安置的幾個月震儀,Apollo 17處安置了一個重力儀(Kawamura et al.2015)。(右)月球內部結構(Wieczorek et al., 2006),近月面四個綠色點(A12/14A15A16)表示阿波羅號安裝的四個月震儀的緯度。 

          

        第三次樣本采集 

        北京時間721日中午1243(美東時間同天043分),阿姆斯特朗和奧爾德林開始了第三次樣本采集(Documented Sample 

        相比于前兩次“隨便撈撈”比較隨意的樣本采集,第三次樣本采集要認真嚴格得多。兩位宇航員分工協作,完成了這最后一次采樣。 

        一邊,奧爾德林用直徑2厘米的巖管采集了2管深達月表以下13厘米的巖芯樣本,之后他將回收用于太陽風成分實驗的鋁箔板。 

      (左)奧爾德林正在進行巖芯采樣;(右)阿波羅11號使用的采樣管長這樣(紅色箭頭)。來源:NASA 

          

        另一邊,阿姆斯特朗精挑細選采集了一批月球巖石樣本。 

      阿姆斯特朗第三次采集的月面樣本示例。來源:NASA 

        返回登月艙 

        北京時間721日下午13139(美東時間同天1139秒),完成任務的奧爾德林回到登月艙,8分鐘后,阿姆斯特朗也回到登月艙。 

        131113(美東時間11113秒),艙外活動結束,登月艙門關閉。 

          

        14-24時:修整 

        吃飯,睡覺,做點準備工作…這一階段對應于美東時間凌晨2點到中午12點。 

          

        0-2時:起飛 

        北京時間722日凌晨154(美東時間7211354分),登月艙點火起飛,離開月球表面。 

        此時,距離它與指令&服務艙分離,才剛過去24小時10分鐘。 

        3個半小時后,它將與在此期間一直在月球軌道上一圈一圈飄蕩著、等候著的指令&服務艙對接,然后正式啟程回到地球。 

          

        結 語 

        在這短暫又漫長的24個小時里,人類在月球表面停留了近22個小時,其中出艙行走2.5個小時。 

        在這2.5個小時里,宇航員們爭分奪秒地完成了月面拍照、月壤評估、太陽風成分實驗、月震儀和激光反射棱鏡的安裝等一系列工作,這些遺跡至今保留在月球上,被后來的月球軌道器一再回顧。 


      2012年,至今拍照最清楚的月球軌道器,月球勘測軌道飛行器LRO拍到的阿波羅11號遺址 來源:LROC 

        在這2.5個小時里的三次月面采樣,共采集了22公斤月球巖石和土壤樣本并帶回地球。這些珍貴的月球樣本至今仍是全世界的行星科學家們認識和探索月球的鑰匙。 

      阿波羅月球樣品匯總。數據來源:NASA,整理:haibaraemily 

          

        在這24個小時里,全世界6.5億觀眾通過電視直播,與宇航員們共同經歷了人類第一次登月的忐忑、緊張和狂喜,一起見證了人類是如何在這短短的24個小時里,升華成了一種全新的、跨星球物種。 

          

        正如阿波羅11號登月艙起落架的銘牌上刻下的宣言: 

          

        HERE MEN FROM THE PLANET EARTH  

        FIRST SET FOOT UPON THE MOON  

        JULY 1969 A. D. 

        WE CAME IN PEACE FOR ALL MANKIND. 

        公元19697月, 

        來自地球的人類第一次踏上月球。 

        我們心懷和平、代表著全人類而來。 

       


      圖源:紀錄片《阿波羅11號》 

          

        五十年前的今天, 

        這是屬于全人類的高光時刻。 

      關閉
      完整版免费在线观看