“#嫦娥五号#”让#月球#有水“实锤” ,但水的来源依旧存争议

近日,中科院地质地球所行星科学团队在《科学进展》上发表论文,研究结果显示嫦娥五号探测器发现月壤、月岩中存在微量水,这是人类月球原位探测的重大发现,也让月球上是否有水的争议尘埃落定。那么,月球上的水来自哪里?是否可以为人类所用呢?

嫦娥五号采样区背景图和水含量
月球是否有水争论多年

月球是距离地球最近的大型天体,古时候人类对月球有着美好的想象,编织出如梦似幻的神话故事。然而,天文学家早就发现月球是一个没有大气,遍布陨石坑的“死星”。尽管如此,1952年氘的发现者、美国化学家哈罗德·尤里提出了月球上的永久阴影区可能存在水或类似的挥发性物质。

虽然当时人类没有能力探测和验证这一推测,但上世纪60~70年代的美苏探月和登月竞赛,为月球找水提供了可能。1969年,阿波罗11号载人飞船首次登月成功,但无论是月面仪器还是航天员带回的样品,都没有发现月球有水的证据。一时间,月球是干燥无水的星球成为共识。

美国航天员在月球上展示国旗
这一时期,苏联通过“月球16号”“月球20号”和“月球24号”3次成功的取样返回探测任务,采回了约300克月壤月岩样品。苏联科研人员通过分析月壤样品发现,月壤中存在微量的水。

事实上,“阿波罗”任务取回的样品也有类似发现,但美苏检测到月壤中水的含量都很低,更重要的是,都无法排除月壤返回地面后接触水蒸气的可能性,也就导致不能肯定地宣布月球上有水存在。

“阿波罗”载人登月任务中取回的月球岩石样本
随着遥感技术的进步,以及上世纪90年代月球探测的回潮,月球找水进入新阶段。1994年,美国科研人员通过克莱门汀探测器的雷达对月球两极进行了探测,发现疑似冰存在的证据。1998年,美国“月球勘探者号”通过伽马射线仪和中子频谱仪,探测到月球极区富含氢元素,为水的存在提供了旁证。

随后,各国加大探测力度,美国月球勘测轨道飞行器用更灵敏的种子探测器和莱曼-α探测器,在月球南极环形山中探测到水和羟基信号。印度“月船一号”上的M3探测器也在月球极区发现了羟基信号。2009年,美国使用LCROSS探测器撞击月球,携带的红外和紫外分光计发现了水和羟基信号。然而,3微米的红外波段不能区分水和羟基,无法作为不可辩驳的证据。

实际上,月球上的水不止存在于永久阴影区。2020年,美国宇航局宣布,SOFIA在2018年8月的飞行观测中,发现月球南部克拉维乌斯环形山附近有6毫米红外辐射。SOFIA是一个携带2.5米望远镜的波音747飞机,而6毫米红外光是水分子受热振动产生的,这个发现证明月球表面存在水分子而不仅是羟基。

SOFIA平台发现月球存在水分子
SOFIA发现克拉维乌斯环形山附近的水浓度为100~400ppm,也就是每吨月壤含有100~400克水。不过,月球有水的最新证据,是来自 “嫦娥五号”。

月球克拉维乌斯环形山
美国找到月球有水的证据,不是来自SOFIA这个地球同温层观测平台,就是月球轨道上的环绕器,而“嫦娥五号”软着陆对月壤进行原位探测,估算出了月壤含水约为120ppm,月岩含水量约180ppm,这是人类首次通过原位探测证明月球有水,算是实锤了月球有水存在的证据。

水的来源依旧存争议

月面白天温度最高可达160摄氏度,夜间最低能降到零下180摄氏度。在这样严酷的环境下,液态水早就蒸发殆尽。那么,月球上的水到底来自哪里呢?

首先我们要知道,月球上并没有直接发现游离的液态水或冰,甚至没有发现主要成分是羟基的矿物,无论是遥感还是原位探测,月球上的水是通过水分子和羟基的红外信号,折算出来的含水量,这些“水”很可能是月球矿物晶格中的结晶水和结构水,或以其他诡异的状态苟延残喘。

更进一步说,月球表面的含水量是微乎其微的,月岩180ppm的含水量相当于1吨月岩中只有180克水,这点水不要说和大多数地球土壤相比,就是和干燥的沙漠对比都少得可怜。沙漠中沙子的含水量每吨一般在2公斤到十几公斤,而月壤中的水不到地球沙漠含水量的1/10。

目前,科研人员对月球上水的来源提出了3种不同说法:

第一种推测,月面的水是太阳风吹来的。太阳风不仅会吹走火星大气,它也含有大量的氢,当太阳风吹到月球表面时,太阳风中的氢和月壤矿物中的氧结合形成羟基甚至水分子,并在月壤中保存下来。科研人员认为,月壤中大部分的水是太阳风吹来的。

第二种假说,月面的水是彗星撞来的。来自外太阳系的彗星含有大量的水冰,它们进入内太阳系在阳光照耀下挥发,但也有些彗星撞击到月球,带来宝贵的水。彗星撞击时绝大部分的水都蒸发逃逸不复存在,但也可能有一部分水渗入月壤,保存下来成为月壤中的水。

第三种猜测,月球岩石本身就含有水。固态星球矿物含水本就顺理成章,以近期汤加火山大喷发为例,火山喷发的气体中绝大多数都是水蒸气。科研人员在“阿波罗”取回的月球样品中,发现部分矿物中含有极少的水,可以支持这个猜测,而嫦娥五号着陆器发现月岩含水量远高于月壤,尤其是它探测的那块月岩,本身形成于月球深处,是陨石撞击溅射出来的,这为月球水的内生说提供了有力证据。

航天员从月球上采集到的玄武岩
综上所述,月球上的水既可能是太阳风吹来的,也可能是月球形成时岩浆本身就有的,还可能是彗星等深空天体撞击带来的。根据“嫦娥五号”的探测分析结果,月壤中的水绝大部分是太阳风贡献的,而月岩的水多数应该是岩浆凝固前就有的。

月球取水还得看极地

月球有水的喜讯听到了多次,但较真地说,目前月球有水,还只是对水分子甚至羟基进行光谱探测的结果,最多只能证明月球表面存在水分子,要说存在水蒸气、水冰,甚至是液态水等货真价实的游离水,仍然有待发现。

水是生命之源,虽然科学探测发现月球上有水,但在严酷的环境下月球无法诞生生命。即使如此,水的存在也让月球成为了一个别具吸引力的地方。很多人甚至一些科研人员写的论文都在大胆畅想,如果能有效开采和利用月球上的水,将能帮助航天员维持在月球上的活动,甚至制取氢氧推进剂,服务载人登陆火星的计划。

美国商业公司表示,要利用月球上的水制取推进剂,为深空探测器、载人飞船和静止轨道卫星补加推进剂,让月球上的水成为有利可图的资源。

尽管如此,美国SOFIA和“嫦娥五号”对月面探测找水的结果,都表明月面的水含量太低,直接从月壤制取水的难度和成本太高,至少在月球探测和开发初期是缺乏经济价值的。

另外,目前的遥感探测表明,月球两极的永久阴影区应该存在丰富的水资源。虽然月球极区存在水冰或富含挥发水的矿物,还只是根据遥感探测数据的合理猜测,但月球基地永久阴影区的含水量要比SOFIA和“嫦娥五号”探测的月面中低纬度地区高很多。

蓝色区域显示月球南极可能存在水冰的位置
暴露在阳光下的月壤、月岩中存在水,固然是科学上的重大发现,但在工程上尤其是人类未来建设月球基地,甚至是月面制取推进剂,这么低的含水量显然缺乏实用价值,因此,人类要利用月球上的水,还得深入月球南北极的永久阴影区。

未来,我国“嫦娥七号”将携带飞跃探测器,对月球极区陨石坑的阴影区进行原位探测,我们期待它带来更劲爆的好消息。

文/张雪松

被隔离居住后,居然开心得要命,中国之大,真是啥人啥事都有。从天津回到家乡山东聊城的一位姓薛的女子,一到聊城就被送到隔离酒店。

入住后,她高兴坏了!原来她入住的是一个套房,房号也很牛,是8888!住宿与吃喝都免费,各方面待遇都很好,她激动地说:不住白不住,不住白不住。她还说,这里比在家里好多了,在家里母亲还会催着让自己做家务活,在酒店里什么都不用做,太好了。

疫情期间被在外隔离的人,大都心情不太好,度日如年。难得这个女子心态这么好,随遇而安,既来之则安之,值得点赞。

愿疫情早日结束,全国人民恢复正常的工作与生活!

【“#数字故宫# ”小程序2.0背后,有着怎样的黑科技?】

近日,故宫博物院正式上线了“数字故宫”2.0小程序。相比1.0版,无论是从视觉上,还是功能体验上都焕然一新!

新版小程序如同口袋中的故宫百宝箱,1742个全景点位、78处开放宫殿、65873件高清影像随心浏览,还可720度饱览故宫全貌,千古名画纤毫毕现,让你多类型花式赏国宝。

用户视角打造贴心服务

本次小程序升级,由腾讯智慧景区团队提供核心技术支持,据其文博行业负责人何信瑞介绍,“数字故宫”小程序2.0主要以游客的角度为着眼点,从“游前”“游中”“游后”三个场景考虑,对小程序进行了全面升级。

在游览之前,优化和添加了在线购票、预约观展等实用版块,进一步为观众提供游前决策及服务。

在游览过程中,整合“智慧开放”理念,新增更加精准的开放区域线路导航、参观舒适度指数等重要开放服务功能,支持用户实时查看故宫各主要开放区域的参观舒适程度,并内置7条有趣的“定制游览路线”。

在游览之后,观众还能通过小程序继续游览故宫的国宝。小程序上线了6万多件故宫国宝,观众可以通过文物检索功能,快速查阅目标文物进行线上欣赏。同时,文物被按照生肖、颜色、纹样进行了分类,极大提升了观众欣赏线上文物的互动及趣味性,让观众更有愿意去了解文物及背后的故事,用产品功能来推动文化科普教育的创意升级。

此外,2.0小程序从视觉、交互等方面针对视障人群、老年人群进行了无障碍升级。操作方面,小程序新增视障辅助读屏功能,有效的为视障用户提供操作指引。导览方面,结合故宫博物院现有无障碍设施,小程序内置无障碍路线及设施指引服务,实现从视觉优化到功能升级的全方位无障碍体验。

黑科技带来沉浸式观览体验

2020年7月“数字故宫”1.0小程序上线,一年多来,吸引了近500万名观众触达故宫、了解故宫、走近故宫。这次升级,将进一步推动故宫数字化进程,更好地服务观众。

值得一提的是,这次小程序升级中,腾讯智慧景区将自身技术大量应用于数字故宫产品。一直以来,通过“科技+文化”的深度融合,腾讯智慧景区致力于用数字化技术助力推动文旅单位的高效管理和运营,帮助其综合服务能力的提升。通过提供数据采集、数据运营、信息发布三大基础平台工具,实现大数据辅助景区管理决策;通过LBS、AI、AR、全景等能力,打造智慧景区及数字文博方案,为游客提供一站式的景区观览体验。

这些技术在“数字故宫”小程序中得到了很好体现。

优化路线,精准规划

作为腾讯地图下专注于景区、文博智慧化的团队,腾讯智慧景区有着在LBS(位置服务)、地图导览能力上强大的技术积累。打造的故宫主题路线导览,覆盖全院20.9公里的精确路线规划,让游客“寻路”不再困难。搭配官方语音讲解,一天、半天、三小时游览……无论观众是想“体验紫禁城的日常”还是“避暑”“赏秋”,都有相应的路线推荐。

AR导览,更“立体”的参观体验

此次升级还在小程序中实现了AR实景导航功能。

“故宫这座艺术的宝库中,每一处建筑细节,都有其特殊的文化故事。在做导览服务升级过程中,我们沿着如何让这些文化故事,与观众产生交互的方向进行思考。”何信瑞谈到。

观众打开AR导览后,路线的指引箭头及实体建筑上的空间标签,可以让观众从远距离对该建筑名称和方位一目了然,空间标签的存在,还可以进一步引导观众,去发现那些容易被忽略建筑和文化细节;空间弹出的讲解卡片摆脱了平面的桎梏,具备了更真实沉浸的空间讲解体验;在完善的地图基础路网,以及云端高精AR路网结合下,观众可以开启实景导航,根据镜头内3D箭头及路线的指示,前往任何空间标签所覆盖的地点,不仅满足了观众寻路导航的需求,还发挥了引导观众了解文化内涵的作用。

据了解,AR实景导航功能已经覆盖故宫6.1万平方米,实现对太和门、铜狮、太和殿内景图、铜鹤、铜龟、太和脊兽6大重点文物3D讲解。借助这一技术,观众可以在故宫内通过AR实景实时探路,解锁瑞兽三维模型,尝试更“沉浸立体”的参观体验。

“通过虚实结合、一镜到底的方式,让观众在趣味的导航中完成和文物的交互,感受更加沉浸式的游览体验,完成了从‘参观’到‘参与’的体验升级。”何信瑞介绍。

精准布局,错峰游览

以往观众参观时,有时会遭遇热门场馆过度拥挤的情况,既在排队过程中浪费大量时间,又影响游览体验。新版小程序基于腾讯地图服务全新上线“参观舒适度指数”功能,按照区域网格,根据客流热力度来标注参观热度,每隔5分钟便可更新,观众可随时查询重要景点附近的参观舒适程度信息,并结合查询结果灵活调整游览路线,实现自助式“错峰”游览。

据了解,除数字故宫小程序外,腾讯智慧景区此前已经打造了数字秦陵、龙门石窟、大运河等标杆性的“科技+文旅”IP,同时,打造的“博物官”文博普惠平台,通过数字技术帮助全国文博机构实现博物馆的数字化运营,助力新时期的文化遗产数字化保护和传承,讲好中国好故事。

数字化技术助力文博普惠

今年以来,疫情不断反复,闭馆成为了“常见新闻”,但“闭馆不闭展”也成了常态。数字展、NFT,线上社教、线上课程,线上游览,越来越多的文博场馆和景区通过数字化技术实现IP活化,不断优化用户体验、提高运营效率,拉近自身与游客的距离。

据何信瑞介绍,除了利用自身优势,为文博行业提供优质技术服务,腾讯智慧景区正在持续升级文博数字化服务共享平台,将技术能力与文化场景相融合,努力推动“文博数字化普惠”的发展。

目前,相关工作正基于“博物官”的升级在有序推进,通过文博数字化工具、线上开放共享平台等服务运作,让广大文博单位得到有效帮助,特别是在资金、资源和数字力量偏弱的中小博物馆,快速实现线上购票、展览预约、AI语音解说能力的接入,同时,文博单位可以在后台快速、轻量的实现所有馆藏文物数据的线上编辑、信息发布等管理。

“目前全国有超5000家博物馆,但是普通游客认知中大部分都是头部知名的那一批,其他几千家中小博物馆,大多数没有很强的预算去做数字化升级,即使在国家要求的实名入馆政策下,很多博物馆连搭建一套线上预约系统也比较困难,更不用说各种临时展览,也许精心筹备但最终能覆盖的观众群体却非常局限。我们希望的就是通过一个工具或者是平台,让所有博物馆都可以轻松完成这些标准的数字化动作,让更多小而美的博物馆、更多不被人熟知的历史文化被大众看见。”

在《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中,提到“建设数字中国”,明确列出了“推动景区、博物馆等发展线上数字化体验产品,建设景区监测设施和大数据平台、发展沉浸式体验、虚拟展厅、高清直播等新型文旅服务”专项。

国务院办公厅关于印发的《“十四五”文物保护和科技创新规划》中也明确提到“实施一批智慧博物馆建设示范项目,研究制定相关标准规范。推动博物馆发展线上数字化体验产品,提供沉浸式体验、虚拟展厅、高清直播等新型文旅服务”。在国家政策引导下,未来五年,文博领域的数字化、智慧化建设和发展将不断加速。

一方面,数字化的建设不断推进文物知识文化普及,另一方面也能缩小不同文博机构在先天资源上的弱势。

在疫情常态化之下,可以预见,全面参与预约化、门票无纸化、服务无接触化、参观游览自助化,将成为必然趋势,如何运用好智慧技术将影响行业生态。

文博行业的数字机遇已经悄然到来,而且正当时,文博行业要积极把握,加速推进。

来源:文博圈


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