美国再次登月缘何选月球南极？
美国副总统彭斯近日宣布，美国要展开一场21世纪的“太空竞赛”，5年内将美国宇航员再次送上月球，并且将选择在月球南极迈出第一步。上世纪六七十年代，美国无人探测器和宇航员多次登月，但主要集中在月球赤道和中纬度区域。半个世纪后，为什么美国选择月球南极作为重返月球的首选登陆点？
按照彭斯在美国国家太空委员会第5次会议上的说法，月球南极具有“巨大的科学、经济和战略价值”，其中一个重要原因就是月球南极拥有水冰。
“本世纪，我们将带着新的雄心回到月球，”彭斯说，“不仅要去那里，不仅要在那里开发技术，还要从月球岩石中开采氧气，为我们的飞船补充燃料；要利用核能从南极永久阴影区的陨石坑内提取水；要使用新一代航天器飞行，它们将使我们在数月而非数年内抵达火星。”
月球黑暗、寒冷的极地地区一直被推测含有水冰，但直到半年前，美国科学家才通过分析印度“月船1号”月球探测器的数据，确认月球南极存在水冰。月球南极对美国整体太空探索计划、特别是对登陆火星的战略价值因此大幅提升。
按照去年8月在美国《国家科学院学报》上发表的一篇论文，在月球南北纬70度以上的永久阴影区存在多个含有水冰的区域，但水冰在月球南北极的分布规律并不相同：月球南极的多数水冰集中在陨石坑内，而月球北极水冰的分布较为广泛和稀疏。由于阳光永远照射不到月球极地陨石坑底部，因此产生的永久阴影区温度不高于零下163摄氏度，使这里的水冰可以长期保存。
美国航天局局长吉姆·布里登斯廷援引有关估算数据指出，月球两极可能存储了超过1万亿磅（约合4.5亿吨）的水冰，这意味着“生命的维持、可以呼吸的空气、可以饮用的水以及在月表作为火箭推进剂的氢气和氧气”。
美国总统特朗普上任以来，下令重建搁置25年的国家太空委员会，并宣布重返月球计划，提出“不仅要在月球上插旗并留下脚印，还要为将来的美国载人火星任务奠定基础”。可以看出，在美国政府的太空探索计划中，月球是登陆火星的重要“中转站”。如果要建立月球基地，为最终登陆火星做准备，月球上的水冰就成为极其宝贵的资源，可以维持宇航员的生存并成为航天器燃料的重要来源。水冰分布比较集中的月球南极自然成为首选登陆点。
理论上科学家已掌握了开采月球水冰的技术，但实际开采利用仍面临不少困难。
首先，印度“月船1号”月球矿物质绘图仪的探测深度只有地表以下1至2毫米，月球极地地下究竟蕴藏多少水冰可供利用，具体是以与月土混合还是大块水冰的形式存在，还需要更先进的探测器甚至着陆器找出答案。
其次，在月球南极登陆将“需要做得比其他登陆点更多”。美国行星科学研究所科学家瑞安·沃特金斯解释说，月球南极所在方位使宇航员和地球控制中心的通信变得更困难；与美国阿波罗11号载人飞船降落的月球赤道附近地区相比，月球南极的地形也更为崎岖。
（新华社记者张莹 新华社北京4月1日电）
美国副总统彭斯近日宣布，美国要展开一场21世纪的“太空竞赛”，5年内将美国宇航员再次送上月球，并且将选择在月球南极迈出第一步。上世纪六七十年代，美国无人探测器和宇航员多次登月，但主要集中在月球赤道和中纬度区域。半个世纪后，为什么美国选择月球南极作为重返月球的首选登陆点？
按照彭斯在美国国家太空委员会第5次会议上的说法，月球南极具有“巨大的科学、经济和战略价值”，其中一个重要原因就是月球南极拥有水冰。
“本世纪，我们将带着新的雄心回到月球，”彭斯说，“不仅要去那里，不仅要在那里开发技术，还要从月球岩石中开采氧气，为我们的飞船补充燃料；要利用核能从南极永久阴影区的陨石坑内提取水；要使用新一代航天器飞行，它们将使我们在数月而非数年内抵达火星。”
月球黑暗、寒冷的极地地区一直被推测含有水冰，但直到半年前，美国科学家才通过分析印度“月船1号”月球探测器的数据，确认月球南极存在水冰。月球南极对美国整体太空探索计划、特别是对登陆火星的战略价值因此大幅提升。
按照去年8月在美国《国家科学院学报》上发表的一篇论文，在月球南北纬70度以上的永久阴影区存在多个含有水冰的区域，但水冰在月球南北极的分布规律并不相同：月球南极的多数水冰集中在陨石坑内，而月球北极水冰的分布较为广泛和稀疏。由于阳光永远照射不到月球极地陨石坑底部，因此产生的永久阴影区温度不高于零下163摄氏度，使这里的水冰可以长期保存。
美国航天局局长吉姆·布里登斯廷援引有关估算数据指出，月球两极可能存储了超过1万亿磅（约合4.5亿吨）的水冰，这意味着“生命的维持、可以呼吸的空气、可以饮用的水以及在月表作为火箭推进剂的氢气和氧气”。
美国总统特朗普上任以来，下令重建搁置25年的国家太空委员会，并宣布重返月球计划，提出“不仅要在月球上插旗并留下脚印，还要为将来的美国载人火星任务奠定基础”。可以看出，在美国政府的太空探索计划中，月球是登陆火星的重要“中转站”。如果要建立月球基地，为最终登陆火星做准备，月球上的水冰就成为极其宝贵的资源，可以维持宇航员的生存并成为航天器燃料的重要来源。水冰分布比较集中的月球南极自然成为首选登陆点。
理论上科学家已掌握了开采月球水冰的技术，但实际开采利用仍面临不少困难。
首先，印度“月船1号”月球矿物质绘图仪的探测深度只有地表以下1至2毫米，月球极地地下究竟蕴藏多少水冰可供利用，具体是以与月土混合还是大块水冰的形式存在，还需要更先进的探测器甚至着陆器找出答案。
其次，在月球南极登陆将“需要做得比其他登陆点更多”。美国行星科学研究所科学家瑞安·沃特金斯解释说，月球南极所在方位使宇航员和地球控制中心的通信变得更困难；与美国阿波罗11号载人飞船降落的月球赤道附近地区相比，月球南极的地形也更为崎岖。
（新华社记者张莹 新华社北京4月1日电）
#奇空间探索[超话]#探索海王星最奇怪的卫星
海卫一（Triton）是太阳系中最奇怪的星球之一，这就是为什么科学家们正在探索能让他们详细了解它的任务概念。
这是一颗巨大的卫星，是太阳系中第七大卫星，科学家们认为它诞生于柯伊伯带，之后被捕获它目前环绕最远行星的轨道。但那次的不归之旅对海卫一造成了损害：海王星的引力对它的引力如此之大，以至于巨大的引力使得Triton的冰表面可能隐藏着地下的液体海洋。“旅行者2号”提供的对其表面的一瞥表明，在最近的1000万年前，海卫一在地质学上是活跃的。
在预计的2025年发射并于2038年到达Triton的一次飞行任务时，科学家希望探测器可以一次拍摄到Triton的整个表面。
这将通过一个小技巧来实现。在经过海卫一的过程中，飞船的飞行将会按计划规划轨道，以便在阳光下看到旅行者2号无法看到的60%左右的表面。在第一次接近后，飞船将把相机转回来，重新捕捉旅行者号已经拍摄到的40%的表面图像，这一次是在这颗行星反射出的微弱光线下拍摄的，这被称为海王星之光（Neptune-shine）。
这一壮举也意味着，科学家们可以在了解这个世界上最奇怪的星球上取得真正的进展。这个怪异、陌生星球上，有一个充满异国情调的海洋世界。
海卫一在很多方面都是一个异类。它绕着错误的轨道运行，并以一个异常刁钻的角度运行。而且，它有一个表面看起来非常年轻的表面，它似乎是在大约1000万年前形成的，科学家至今还无法真正解释它形成的原因。大部分地表被地质学家所称的“甜瓜形地表”（cantaloupe terrain）所覆盖。这个短语的灵感来自于哈密瓜的粗糙质地。旅行者2号还发现了从Triton表面升起的巨大羽状物和可能是旧羽状物残留的黑色痕迹。
这种奇怪的现象在一定程度上反映了海卫一在太阳系中的复杂历史。科学家们认为，海卫一最初是在柯伊伯带形成的，在迁移到海王星附近之前，它是环绕太阳系外围运行的行星碎片。正是在那里，由于它与海王星引力的相互作用，柯伊伯带变成了一个活跃、充满戏剧性的世界。
如果Trident成为一个真正的任务，它也不会再有地平线那样高的预算。新地平线任务花费了美国宇航局约7.2亿美元。Trident的成本将低于4.5亿美元的上限。这项任务的合理之处在于，它符合低预算层次的原因是，除了科学，美国宇航局几乎没有做任何花哨的事情。
针对Triton美国宇航局科学家计划将在2029年发射另一艘宇宙飞船，并在本世纪40年代初降落在冰冷的卫星上。然后，它将跨越海卫一的表面，对其冰和大气进行采样。
公平地说，Triton Hopper的概念仍然牢牢地在美国宇航局的创新先进概念计划的范围内，该计划专门研究令人难以置信的想法。科学家正在设计一种机器人，这种机器人可以到达海卫一，然后利用海卫一上的氮储存养活自己，并在Triton表面跳跃。（图7）
使用在Triton发现的燃料可以降低成本，延长任务的寿命。但这也使事情复杂化。料斗需要吸收气态或固态氮，将其转化为加压气体，然后像气球一样将其排出，使自己完成一个跳跃。但是固体氢的规划对团队来说尤其具有挑战性，因为他们要进行远距离的设计。
尽管这两个Triton的任务概念是相互独立的，但由于科学会议的变幻莫测，它们有可能不会保持这种状态。上周在德克萨斯州举行的月球和行星科学会议上，当这两个任务概念的三幅海报并排摆放时，这两位未来的Triton探险者开始互相“交谈”。目前的料斗设计刚好能与目前的Trident设计相匹配。
海卫一（Triton）是太阳系中最奇怪的星球之一，这就是为什么科学家们正在探索能让他们详细了解它的任务概念。
这是一颗巨大的卫星，是太阳系中第七大卫星，科学家们认为它诞生于柯伊伯带，之后被捕获它目前环绕最远行星的轨道。但那次的不归之旅对海卫一造成了损害：海王星的引力对它的引力如此之大，以至于巨大的引力使得Triton的冰表面可能隐藏着地下的液体海洋。“旅行者2号”提供的对其表面的一瞥表明，在最近的1000万年前，海卫一在地质学上是活跃的。
在预计的2025年发射并于2038年到达Triton的一次飞行任务时，科学家希望探测器可以一次拍摄到Triton的整个表面。
这将通过一个小技巧来实现。在经过海卫一的过程中，飞船的飞行将会按计划规划轨道，以便在阳光下看到旅行者2号无法看到的60%左右的表面。在第一次接近后，飞船将把相机转回来，重新捕捉旅行者号已经拍摄到的40%的表面图像，这一次是在这颗行星反射出的微弱光线下拍摄的，这被称为海王星之光（Neptune-shine）。
这一壮举也意味着，科学家们可以在了解这个世界上最奇怪的星球上取得真正的进展。这个怪异、陌生星球上，有一个充满异国情调的海洋世界。
海卫一在很多方面都是一个异类。它绕着错误的轨道运行，并以一个异常刁钻的角度运行。而且，它有一个表面看起来非常年轻的表面，它似乎是在大约1000万年前形成的，科学家至今还无法真正解释它形成的原因。大部分地表被地质学家所称的“甜瓜形地表”（cantaloupe terrain）所覆盖。这个短语的灵感来自于哈密瓜的粗糙质地。旅行者2号还发现了从Triton表面升起的巨大羽状物和可能是旧羽状物残留的黑色痕迹。
这种奇怪的现象在一定程度上反映了海卫一在太阳系中的复杂历史。科学家们认为，海卫一最初是在柯伊伯带形成的，在迁移到海王星附近之前，它是环绕太阳系外围运行的行星碎片。正是在那里，由于它与海王星引力的相互作用，柯伊伯带变成了一个活跃、充满戏剧性的世界。
如果Trident成为一个真正的任务，它也不会再有地平线那样高的预算。新地平线任务花费了美国宇航局约7.2亿美元。Trident的成本将低于4.5亿美元的上限。这项任务的合理之处在于，它符合低预算层次的原因是，除了科学，美国宇航局几乎没有做任何花哨的事情。
针对Triton美国宇航局科学家计划将在2029年发射另一艘宇宙飞船，并在本世纪40年代初降落在冰冷的卫星上。然后，它将跨越海卫一的表面，对其冰和大气进行采样。
公平地说，Triton Hopper的概念仍然牢牢地在美国宇航局的创新先进概念计划的范围内，该计划专门研究令人难以置信的想法。科学家正在设计一种机器人，这种机器人可以到达海卫一，然后利用海卫一上的氮储存养活自己，并在Triton表面跳跃。（图7）
使用在Triton发现的燃料可以降低成本，延长任务的寿命。但这也使事情复杂化。料斗需要吸收气态或固态氮，将其转化为加压气体，然后像气球一样将其排出，使自己完成一个跳跃。但是固体氢的规划对团队来说尤其具有挑战性，因为他们要进行远距离的设计。
尽管这两个Triton的任务概念是相互独立的，但由于科学会议的变幻莫测，它们有可能不会保持这种状态。上周在德克萨斯州举行的月球和行星科学会议上，当这两个任务概念的三幅海报并排摆放时，这两位未来的Triton探险者开始互相“交谈”。目前的料斗设计刚好能与目前的Trident设计相匹配。
欧罗巴快船：驶向木星冰冷卫星的斥候（https://t.cn/AiQNAikS）
欧罗巴快船（Europa Clipper）是美国宇航局计划中的一项任务，它将于2023年6月择机发射，旨在调查木星卫星木卫二的可居住性。在木卫二（Europa） 冰冷的表面下，人们认为存在着广阔的海洋。近年来，哈勃太空望远镜已经多次探测到从这片海洋喷发出的羽流的证据，这进一步增加了人们对木卫二上可能存在生命的猜测。
2017年3月，该任务正式更名为“clipper”。NASA之前的官方名称是“木卫二多次飞越任务”（Europa Multiple Flyby Mission）。19世纪西欧穿越大洋的三桅帆船（clipper）以优雅和快速著称。
如果任务发射，欧罗巴快船将飞越木卫二40到45次（图4），以帮助科学家们更多地了解木卫二的环境：它冰冷的表面、内部以及它周围来自木星的大量辐射。美国国会此前要求在2022年发射这一任务，但最近的预算变化可能迫使欧罗巴快船推迟至在2023年晚些时候发射。（图3为快船轨迹）
1610年，在望远镜发明后不久，意大利天文学家伽利略发现了木卫二和木星的另外三颗最大的卫星。由于木卫二的体积较小，对它的详细调查不得不等到太空时代，那时航天器才会飞越这颗卫星。
1973年和1974年，NASA的先锋10号和先锋11号分别对木卫二进行了首次探测，不过这些任务主要是对木星进行成像。随后的快速飞越发生在旅行者1号和旅行者2号任务期间，这两个任务在1979年相隔几个月穿越木星系统。这些早期的照片虽然是从远处拍摄的，但显示木卫二有一个结冰的表面。在这之前，许多天文学家认为所有的卫星都与地球上几乎没有大气层的月球相似，所以看到木卫二这样的情景是一个惊喜。
尽管旅行者经过距离木卫二非常远，但是它们拍摄的图像质量非常高，研究人员注意到，一些暗带的两边非常匹配，就像拼图一样：这些裂缝已经分开，深色、冰冷的物质似乎已经流入裂开的缝隙中，这表明在过去的一段时间里，这些表面是活跃的。旅行者拍摄的照片只显示了少数几个撞击坑，随着时间的推移，这些陨石坑预计会逐渐增多，因为数十亿年来，行星表面不断受到陨石的轰击，直到表面被陨石坑覆盖。因此，缺乏大型撞击坑表明欧罗巴表面相对年轻，并暗示有什么东西抹去了它们，比如冰冷的火山流。
1995年至2003年间，美国宇航局与欧洲航天局联合发射的伽利略号探测器多次飞越木卫二。这次任务最显著的成就之一是在木卫二的表面下发现了大量含盐液体海洋的证据。
伽利略最重要的一次测量显示了木星磁场在木卫二周围的空间是如何被破坏欧罗巴磁场的。这种测量强烈地暗示，欧罗巴表面下的一层深层导电流体正在产生（或诱导）一种特殊类型的磁场。
根据木卫二的冰组成，科学家认为最有可能产生这种磁性特征的物质是全球的咸水海洋。未来对木卫二的这次任务可能会证实海洋的存在，并开始解决我们所知的木卫二是否适合生命居住的问题。
2012年，哈勃太空望远镜的观测结果显示，木卫二南部大气中存在一股羽流。后续研究起初很难获得，但对木卫二的进一步观测在2014年和2016年发现了更多的羽流。科学家们在2016年表示，后两个羽流来自伽利略号首次探测到的一个温暖点，这表明该地点和羽流可能在某种程度上存在联系。
欧罗巴快船的起源是一项旨在包括美国航天局和欧洲宇航局局参与的任务。该任务被称为欧罗巴木星系统任务Laplace，计划于2020年发射。它将包括两个探测器：木星木卫二轨道器（NASA）和木星木卫三轨道器（ESA）。
然而，由于两家机构的太空愿景存在冲突，最终两家机构放弃了合作。然而，欧空局表示，美国在2011年美国国家研究委员会（National Research Council）的十年调查中没有将欧罗巴任务列为优先任务。（欧空局的另外两项任务也是如此，所以欧洲人选择退出合作。）
欧洲航天局推进了一项名为“果汁”（JUICE，木星冰卫星探测器）的独立任务，该任务将集中在木卫三、木卫四和木卫二上。这一任务最终获准发射，预计将于2022年离开地球，2030年抵达木星系统。与此同时，美国宇航局和美国科学界为一项更便宜的“木卫二”轨道飞行器任务开辟了自己的道路，这项任务被称为“木卫二多次飞越任务”。2015年，该任务获得了NASA的进一步发展批准，同年，国会要求NASA考虑增加一个着陆器，以增强该任务的科学性。
欧罗巴快船上的9个仪器旨在揭示木卫二表面和海洋的更多性质。跟据NASA相机和光谱仪的图片和数据，雷达会分析欧罗巴的冰有多厚，下面可能是什么，磁强计分析木卫二磁场信息，帮助完善木卫二海洋的深度和盐度测量。
研究人员还计划继续哈勃太空望远镜对羽流的观测。具体来说，热仪器将探测地表附近水温升高的证据，而快船也将寻找大气中的水。
图6，在连续飞越期间实现欧罗巴全球区域覆盖。
图7，由于木卫二位于木星周围的强辐射区域，即使是近轨道的抗辐射航天器也只能运转几个月。
欧罗巴快船（Europa Clipper）是美国宇航局计划中的一项任务，它将于2023年6月择机发射，旨在调查木星卫星木卫二的可居住性。在木卫二（Europa） 冰冷的表面下，人们认为存在着广阔的海洋。近年来，哈勃太空望远镜已经多次探测到从这片海洋喷发出的羽流的证据，这进一步增加了人们对木卫二上可能存在生命的猜测。
2017年3月，该任务正式更名为“clipper”。NASA之前的官方名称是“木卫二多次飞越任务”（Europa Multiple Flyby Mission）。19世纪西欧穿越大洋的三桅帆船（clipper）以优雅和快速著称。
如果任务发射，欧罗巴快船将飞越木卫二40到45次（图4），以帮助科学家们更多地了解木卫二的环境：它冰冷的表面、内部以及它周围来自木星的大量辐射。美国国会此前要求在2022年发射这一任务，但最近的预算变化可能迫使欧罗巴快船推迟至在2023年晚些时候发射。（图3为快船轨迹）
1610年，在望远镜发明后不久，意大利天文学家伽利略发现了木卫二和木星的另外三颗最大的卫星。由于木卫二的体积较小，对它的详细调查不得不等到太空时代，那时航天器才会飞越这颗卫星。
1973年和1974年，NASA的先锋10号和先锋11号分别对木卫二进行了首次探测，不过这些任务主要是对木星进行成像。随后的快速飞越发生在旅行者1号和旅行者2号任务期间，这两个任务在1979年相隔几个月穿越木星系统。这些早期的照片虽然是从远处拍摄的，但显示木卫二有一个结冰的表面。在这之前，许多天文学家认为所有的卫星都与地球上几乎没有大气层的月球相似，所以看到木卫二这样的情景是一个惊喜。
尽管旅行者经过距离木卫二非常远，但是它们拍摄的图像质量非常高，研究人员注意到，一些暗带的两边非常匹配，就像拼图一样：这些裂缝已经分开，深色、冰冷的物质似乎已经流入裂开的缝隙中，这表明在过去的一段时间里，这些表面是活跃的。旅行者拍摄的照片只显示了少数几个撞击坑，随着时间的推移，这些陨石坑预计会逐渐增多，因为数十亿年来，行星表面不断受到陨石的轰击，直到表面被陨石坑覆盖。因此，缺乏大型撞击坑表明欧罗巴表面相对年轻，并暗示有什么东西抹去了它们，比如冰冷的火山流。
1995年至2003年间，美国宇航局与欧洲航天局联合发射的伽利略号探测器多次飞越木卫二。这次任务最显著的成就之一是在木卫二的表面下发现了大量含盐液体海洋的证据。
伽利略最重要的一次测量显示了木星磁场在木卫二周围的空间是如何被破坏欧罗巴磁场的。这种测量强烈地暗示，欧罗巴表面下的一层深层导电流体正在产生（或诱导）一种特殊类型的磁场。
根据木卫二的冰组成，科学家认为最有可能产生这种磁性特征的物质是全球的咸水海洋。未来对木卫二的这次任务可能会证实海洋的存在，并开始解决我们所知的木卫二是否适合生命居住的问题。
2012年，哈勃太空望远镜的观测结果显示，木卫二南部大气中存在一股羽流。后续研究起初很难获得，但对木卫二的进一步观测在2014年和2016年发现了更多的羽流。科学家们在2016年表示，后两个羽流来自伽利略号首次探测到的一个温暖点，这表明该地点和羽流可能在某种程度上存在联系。
欧罗巴快船的起源是一项旨在包括美国航天局和欧洲宇航局局参与的任务。该任务被称为欧罗巴木星系统任务Laplace，计划于2020年发射。它将包括两个探测器：木星木卫二轨道器（NASA）和木星木卫三轨道器（ESA）。
然而，由于两家机构的太空愿景存在冲突，最终两家机构放弃了合作。然而，欧空局表示，美国在2011年美国国家研究委员会（National Research Council）的十年调查中没有将欧罗巴任务列为优先任务。（欧空局的另外两项任务也是如此，所以欧洲人选择退出合作。）
欧洲航天局推进了一项名为“果汁”（JUICE，木星冰卫星探测器）的独立任务，该任务将集中在木卫三、木卫四和木卫二上。这一任务最终获准发射，预计将于2022年离开地球，2030年抵达木星系统。与此同时，美国宇航局和美国科学界为一项更便宜的“木卫二”轨道飞行器任务开辟了自己的道路，这项任务被称为“木卫二多次飞越任务”。2015年，该任务获得了NASA的进一步发展批准，同年，国会要求NASA考虑增加一个着陆器，以增强该任务的科学性。
欧罗巴快船上的9个仪器旨在揭示木卫二表面和海洋的更多性质。跟据NASA相机和光谱仪的图片和数据，雷达会分析欧罗巴的冰有多厚，下面可能是什么，磁强计分析木卫二磁场信息，帮助完善木卫二海洋的深度和盐度测量。
研究人员还计划继续哈勃太空望远镜对羽流的观测。具体来说，热仪器将探测地表附近水温升高的证据，而快船也将寻找大气中的水。
图6，在连续飞越期间实现欧罗巴全球区域覆盖。
图7，由于木卫二位于木星周围的强辐射区域，即使是近轨道的抗辐射航天器也只能运转几个月。
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