在月球上建基地要做哪些準備？

宇航員在月球基地（藝術構想圖）。圖片來源：《自然》網站

　　今日視點

　　月球探索的前景正變得明亮起來。與此同時，人類在月球上建立基地的計劃開始受到越來越多人關注，并被認為已在逐步推進。

　　盡管航天機構通常都不會預告這一時間表——部分原因在于月球駐人基地的目標很可能會超過預算周期，另一部分原因則是他們需要企業來為各個階段提供資金。不過近些年，歐空局（ESA）主席一直強調，若干國家和企業計劃合作建立人類半永久性月球基地，他稱之為——月球村。

　　英國《自然》雜志近日發表一篇新聞特寫，內容就是關于在此時機，人類該如何在我們的衛星“安營扎寨”。

　　水，水，水

　　只要到了別的星球，第一個挑戰都是采掘水。

　　阿波羅計劃曾從月球赤道上取回部分樣本，顯示那里是異常干燥的。不過，十年前發現月球極地有水冰的驚天消息，改變了一切。

　　現在，NASA已經委托幾家公司開發可以攜帶采掘設備的月球探測器，最早明年就開始動工。科學家們認為，月球上的水足夠多，根據目前的數據估計，可能兩極各有100億噸。

　　大部分的冰都會被采掘出來用作燃料。根據科學家的計算，私營礦業公司每年只需要采掘1000噸左右的水，并將其電解成為氫和氧，用作燃料就可以獲利。

　　不過，-249℃的月球坑可以說是太陽系中最冷的地方之一，這意味著挖掘器械需要額外的熱量和能量才能采出這些水并將其轉換成燃料。對私營公司來說，基于自然衰變產熱的钚基電池太貴了，所以采掘最可能是利用太陽的能量。

　　其實，月球上也有另一種水源：月球土壤。其也被稱為表巖屑，里面含有硅和金屬氧化物，大約平均43%質量分數的氧。理論上看，將月球土壤加熱到超過900℃，在這一溫度下，宇航員從地球帶上去的氫氣或碳就可以把氧從礦物中“剝”出來，和氫元素結合形成水。

　　從土壤里提取氧的過程，還能產生一些稀有金屬作為不錯的副產物。不過，科學家也計算了一下，將氧從化學鍵中釋放，其實比加熱冰更耗能。

　　是另一個南極嗎？

　　與采掘水冰的利潤問題相比，科學家們更關心的是：建造一個用于科學實驗的基地。這可能會讓月球變成像南極科考站似的情況，其完全出于科學興趣而為。

　　美國西南研究院的行星科學家羅賓·坎納普表示，科學家對重返月球后可以做的實驗充滿期待。譬如，古老的月球坑采樣實驗就可揭示出地月系統是如何形成的，當時太陽系仍然處于早期狀態，小行星還在撞擊月球。科學家還希望能夠分析月球的水循環和地震學，再安裝一個免受地球干擾的大型射電望遠鏡，專攻早期宇宙輻射。

　　但南極再艱苦也是在地球上，月球卻幾乎沒有大氣和磁場的防護，因此基地的房子必須能抵抗帶電粒子輻射以及小型隕石。最開始的簡易居住所可能要從地球帶過去，再用厚達幾米的沙土或表巖屑層層覆蓋。

　　月球上也有些自然條件可以利用——懸崖、峽谷、山洞和熔巖洞，都可以保護基地。根據日本“輝夜號”飛船以及美國“圣杯號”探測器提供的信息，月球正面馬利厄斯丘陵就有一條“候選”隧道，長達數千米。

　　現在，研究人員正在地球上試驗如何更好地完善月球建筑：德國航空航天中心（DLR）實驗室里，科學家利用表巖屑培養人工石，目前，磚塊已經有混凝土五分之一的強度了。

　　作物可以自己種

　　一個自給自足的月球基地里，最后一項要素就是食物。在封閉生態系統中，植物可以循環利用有機廢物，并將二氧化碳轉化為可呼吸的氧氣。NASA肯尼迪航天中心科學家羅伯特·穆勒認為，如果人類在月面上只是短期逗留，又無法就地培育食物的話，基地項目可以說就沒什么指望了。

　　但中國的志愿者早已經在“月宮1號”模擬基地的封閉生態系統里破紀錄地居住了370天，他們在里面種植作物，并通過養黃粉蟲來獲取蛋白質。而今年1月15日，中國科學家在嫦娥四號生物科普試驗載荷新聞發布會上宣布，人類首次在月面的生物生長培育試驗成功，棉花種子成為在月球上種植出的第一株植物嫩芽。

　　對國際空間站（ISS）的宇航員來說，他們已經吃過在太空種植的生菜等綠葉蔬菜了。NASA肯尼迪航天中心內，有一個項目就叫做“蔬菜”（Veggie），目的是選擇出能在密閉空間里茁壯成長，且富含維生素C1、維生素K和鉀（這些營養素在存儲中最容易流失）的蔬菜，最終甘藍拔得頭籌。

　　其實早在2017年底，美國探月計劃就被認為出現了轉向。但和再來一次阿波羅計劃相比，航天機構可能傾向于逐漸建立一個可持續性的基地。

　　綜上來看，月球基地可以開展科學實驗，可以為人類登陸火星提供測試場地；另一方面，私人企業也可以通過采掘氧氣和氫氣作為燃料來獲利。那么以后，我們抬頭看地球的衛星，可能如同在看一個加油站——它可能是人類實現長途空間旅行的基石。