火箭撞月球 NASA砸8000萬美元 只為挖冰渣

大家有沒有聽說過開車去撞月球? 這不是一個比喻,是真的撞 2009年,NASA把一個2噸重的火箭艦體對準了月球的南極 全速的衝了過去 揚起來的塵土飛到了10公里高 然後一艘跟在後面的探測器也飛到了這些塵土裏面 4分鐘以後,探測器也撞到了月球上 這兩次撞擊一共花了8000萬美元 他們這麼做,爲的是什麼呢? 其實是水 準確來說的話是水冰 蹦在月球南極永遠照不到太陽的一些坑裏面 而且他們真的找到了 那次撞擊撞出來的大概有150多公斤的一個水 重要的是,不是他們找到了水 而是他們爲什麼非要這麼幹 可能很多人都會覺得 爲什麼NASA不直接飛到月球的南極 然後降落,然後挖一鏟子 看看裏面有沒有水 爲什麼要選擇這麼暴力的一個方式 把一顆衛星當作炮彈去使用 這不像科學家們可以去做出來的一些事 對吧 其實呢,月球南極那個地方 比大家想象中的要難搞得多 它不是冷這個字就可以輕鬆去概括的 它是另外一個概念 我們先放一放,後面我們會聊到 我們先來思考一個問題 就是月球南極那些水的話 到底長什麼樣子 是像你家裏冰箱裏的那種 凍出來的那種冰塊 還是說像北極冰川那種感覺的 其實都不是 我們家裏的冰箱冷凍室的話 差不多隻有零下18度 月球南極那些永遠照不到太陽的堪力面 比冰箱冷凍室要冷十幾倍 這是一個什麼概念呢 就是如果有一滴水掉進去的話 還來不及結冰 就直接被凍成了石頭 而且不是那種透明的冰 是和很多月繞混在一起的 像白馬路里面沙子那樣的一個東西 一塊黑的一塊白的 扣都扣不出來 月球南極這種地方有一個專業的名字 叫做永久陰影區 就是永遠曬不到太陽的一片區域 月球南極有很多那樣的坑 因爲月球自轉折 它的傾角特別的小 這些坑的底部的話 從月球誕生的那天開始 就沒有降太陽 40多一年 一直就這麼黑着 一直冷着 41年裏面 彗星撞擊月球 帶過來的這種水分子 隕石砸上去留下來的一些揮發物 全都被凍在了這些坑裏面 一層一層積攢了一萬年 那麼既然這麼冷 這麼黑 我們是怎麼知道里面是有水的呢 這就要說回剛纔 那個NASA撞月球的故事 2009年那次 NASA的任務 思路非常的簡單和粗暴 他們把火箭的上面脊留着 不讓它掉回地球 而且讓它飛了113天 然後繞着地球和月球之間轉 最後對準月球南極 一個叫做凱布斯月事坑的一個地方 全速的撞了過去 撞擊的瞬間 那個坑裏建起來的塵土 被跟在後面的探測器 用光譜儀掃了一遍 結果顯示呢 塵土裏面是含有水分子的 這就是存在水冰的一個信號 那次撞擊出來的物質裏面 水冰的含量大概在5.6%左右 聽上去好像不多 但這在科學家眼裏的話 已經是寶藏級別了 因爲按照計算的話 只要有1%的海水量 就足夠未來月球基地使用了 而且凱布斯坑那個位置 5.6%的話 已經算是遠超了預期了 NASA當時都驚了 因爲他們之前測量的時候 只測到這個區域有氫的信號 就不是水 是氫的一個信號 我們都知道 氫可以是水 也可以是別的一些化合物 但是撞擊以後的數據告訴他們 這個氫就是水 這樣以後呢 更多的探測器飛了過去 像印度的月船一號 NASA的月球勘測軌道器 中國的嫦娥 一個接一個 都往月球的南極那邊跑 不斷地驗證月球南極有水冰這件事 2008年 NASA下面發表了一篇重磅論文 他們分析了 印度月船一號早先前傳回來的一些數據 他們確認了 月球南極的永久陰影區裏面 水冰是直接暴露在表面的 不是深埋在地底的 之前我們一直認爲 月球表面是徹底乾燥的 就是一滴水都沒有 結果在最冷最黑的一個地方 被我們找到了水冰 但是這些水冰不是我們想象的那個樣子 不是一個什麼大冰塊 你拿這個鑿子一鑿 就往下掉的那種 它是碎的 就是散落在月壤裏面 就是在土裏面 就像黑芝麻湖裏面有一些白芝麻一樣 有的地方會密集一點 有的地方的話會稀疏一點 有的是在表面 有的在地底下好幾米深 中國科學家後來用大鍋蓋 配合迭記雷達掃描了一遍 這個不是發射到月球上面去的那種探測器 就是在地球上往月球發射的那種雷達波 他們發現在某些區域 月壤裏面的冰的含量上限 大概是在6%左右 就是說一千克這樣的月壤裏面 最多會有60克的水 剩下的全都是土 石頭還有灰塵的一些混合物 大家想象一下 要從一堆土裏面去掏出那麼一丁點的冰 然後再把冰化成水 這個過程的話 在零下200多度的一個環境裏面 沒有空氣沒有光 這不是一個難不難的問題 這是在挑戰人類工程學的一個極限 大家覺得 從地球上運一瓶礦泉水到月球要多少錢 是一百一千還是一萬 其實都不夠 按照現在的一個行業估算 把一千克的水從地球上運到月球的表面 成本的話大約是三萬六千美元 也就是二十多萬人民幣 十多萬新臺幣 從市裏賣幾塊錢的礦泉水送到月球 價格翻了幾萬倍 但是如果我們在月球上面 直接就可以開採水瓶 然後在月球上把它加工成燃料 同樣一千克的水 成本的話可能只需要五百美元 就是三萬六千對五百 70倍的一個差距 這不是什麼未來的幻想 這是NASA 歐洲空間局 中國航天局都在認真算的一筆賬 爲什麼成本會差這麼多呢 因爲地球是有引力的 而且引力還不小 要把任何東西從地球的表面 送到太空裏去的話 每一千克就要消耗大量的那種燃料 火箭本身90%以上的重量都是燃料 等於說你爲了送一千克的水去月球上 你得先燒掉幾十千克的燃料 才能把這一千克的水給推上去 然後這些燃料的重量 就是幾十千克的燃料的重量 又需要更多的燃料來推上去 這個連鎖反應 叫做火箭放射式的爆震 所以任何能從月球本地 搞到的一些東西的話 都等於在月球上面找到了金礦 可能比金礦的話還要貴 金礦你還得挖回來 然後再運回地球 這樣的話 金子才能兌換成其他的一些東西 月球上面的水 你不用運回來 你就直接可以留在月球上面 用它幹什麼呢 有兩件事 第一件事的話 這個不需要解釋了 就是人在哪裏的話 活着就必須要喝水 對吧 這是人體必須的 但是第二件事纔是最重要的 就是用它來造燃料 水是氫和氧構成的 把水給變解了 就可以得到氫氣和氧氣 然後把氫氣和氧氣降溫 變成液態的 這就得到了火箭的燃料 世界上推力最大的那些火箭發動機 他們燒的燃料的話 就是液氫和液氧 水就是燃料的一個原材料 月球上面的水 就是月球駕馭站的地下油庫 所以我們現在就可以理解了 爲什麼很多國家都在搶佔月球南極 上期講的美國的阿爾特米斯計劃 目的就是在2028年左右 把宇航員送到月球的南極 直接在那邊開展水兵 中國的嫦娥七號 在2026年下半年就要發射 目標的話也是月球的南極 目標是要做一個高精度的勘探 就是搞清楚水兵到底在哪裏 有多少 怎麼樣分佈的 中國還聯手推進國際月球科研站 計劃在未來的十年裏面 在月球上面部署核反應堆 就是給開採的設備 它們共能 因爲從永久陰影區裏面 去逃兵出來的話 需要大量的能量 就是你把兵 加熱變成了水蒸氣 再把水蒸氣收集起來 這個過程的話 在零下200多度的一個環境裏面的話 每一步都是瘋狂的消耗燃料的 太陽能在永久陰影區裏面 是用不了的 因爲沒有太陽 因爲那裏永遠都沒有陽光 所以只能靠核能 這就是爲什麼要搞月面核反應堆 不是爲了炫技 是真的需要這種東西 如果月球南極的水兵開採成功了 月球就從一個終點站 變成了一箇中轉站 從地球去火星 最消耗燃料的一個部分的話 就是從地球起飛 但是如果 飛船從地球起飛的時候 不需要帶那麼多的燃料 它只需要足夠飛到月球 這麼多的燃料就足夠了 到了月球 然後再加慢 然後從月球出發去火星的話 月球引力只有地球的六分之一 從月球起飛需要的燃料 要遠遠的少於地球 有專家算過 就是這個模式 能把去火星的一個燃料成本的話 砍掉90% 那就是沒有聽錯 就是砍掉減少90% 這個有沒有那種 商場打一折的那種感覺 這樣的話 月球就變成了一個太空服務區 而這個服務區 最重要的一個能量的話 就是月球南極的那些水冰 但是月球南極的那些冰 到底怎麼樣去挖出來 我剛纔說的 它不是一個大冰塊 它是混在土裏面的一些冰渣子 就是你拿鏟子去挖的話 一鏟子下去 90%是土 60%冰 你挖了一噸月壤的話 裏面的冰加起來才60千克 差不多60千克左右 60千克的冰化成水 差不多就是60升 一個成年人一天喝兩升的話 可以喝一個月 就是一噸的月壤 差不多可以喝一個月的水 感覺還可以 但是 如果你要把一噸的月壤 運到處理設備的這個過程中 你要消耗多少能量 然後你要把60千克的冰 從零下200多度 加熱到零度以上 要消耗多少能量 而且如果在真空環境下面 去加熱這些冰的話 它不會變成水 然後就流出來 它會直接從固體的那種冰 變成氣體 然後就飛走了 月球沒有大氣壓 水在真空裏會直接昇華 就像乾冰一樣 固體直接變成氣體 我們怎樣才能把這些氣體 給收集回來 不會讓它去 分散在太空裏面 就是方便我們收集 測想了很多方法 有人提議用一個巨大的罩子 扣在月壤上面 然後往裏面加熱 水蒸氣升上來之後 碰到冷的一些罩子 內壁的話就會重新結冰 像我們蒸餾一樣 就是蒸餾法 還有人提議用微波爐的原理 直接把微波打到月壤裏面 只是加熱冰 不怎麼加熱土 像這樣理工學院的一個團隊 正在研究怎麼樣去 把一個太陽能接收器 埋到地下面 用熱量把冰直接融化 然後收集 各種方法其實都有 但沒有一個真正的 在月球上面得到測試過 月球上的實驗室裏面的數據 跟月球南極真實環境下面的 是不是一樣 我們還沒有測試過 我們都不知道 而且還有一個問題 就是這些水冰 它分佈是不均勻的 其實美國地質調查局 今年剛發佈了第一張 就是月球水冰資源的一個潛力圖 把月球南極化成了好幾個等級 但這個圖的話 也只是一個預測 到底準不準 還需要等月球車開過去 鑽機打下去 我們才能知道 中國的長河氣候 NASA未來的月球車 都是爲了這樣去 先去摸清楚 哪塊地下面的冰 產量是最高的 哪塊地最好挖 然後才能建地基 才能開採 但是就算這些都非常的順利 但是還有一個問題 是我們必須要考慮的 就是法律的問題 這可能很多人都沒有想到 誰有權利去月球南極去挖冰 現在的答案是 目前沒有人能確定 1967年的條約說 月球誰都不能佔 誰都不能佔有 但是條約籤的時候 沒有人想到 人類真的會去挖礦 對吧 就是這個水冰 對人類有這麼的重要 現在有的國家說 誰挖就是誰的 有的國家說 不行 得大家一起商量 所以這個問題的話 現在還沒有一個結果 水就是太空的石油 誰控制了水 誰就控制了通往火星的路 所以現在月球上的水 就像二世紀的一個石油 誰有油田的話 誰就有化學 接下來我們聊一聊 月球上的水 這些水冰的話 是從哪裏來的 月球表面沒有大氣壓 白天溫度能飆到120多度 晚上是零下170多度 在這種極端的環境下面 任何暴露在陽光下面的水分子的話 要麼被高溫給蒸發掉了 要麼被太陽風給吹走了 根本留不住 但是那些水冰怎麼存了40多億年 現在最主要的說法 就是彗星和小行星給帶過來的 彗星基本上就是 巨大的一個髒雪球 由冰塊啊 塵土和岩石混合在一起 幾十億年以前 太陽系剛剛形成的時候 彗星到處亂飛 撞地球啊 撞火星啊 也撞月球 撞擊的時候呢 彗星裏面的水分子 就被釋放了出來 四處的飄散 這就像你把一杯水啊 潑到了高速公路上 風吹過來 大部分的水呢 瞬間就被吹乾了 但是剛好有那麼幾滴啊 剛好就落在了路邊的陰溝裏面 就一直保留了下來 那些飄落的水分子 其實也是一樣的 就是大部分都被飄走了 但是有一小部分啊 飄着飄着 就飄到了月球南北兩極 那些永遠見不到陽光的一些坑裏面 一進去呢 就被凍住了 而且呢 凍得非常的結實 那些坑裏啊 常年零下200多度 水分子連凍一下的能量都沒有 就被鎖在裏面了 每一次彗星的撞擊 每一次隕石的墜落 都有可能帶來新的一些水分子 它們不斷的累積 累積了幾十億年 月球南極那些永久硬異區 就像一個巨大的儲物位 裏面存的東西呢 也會越來越多 越來越厚 到今天的話 保守估計啊 月球兩極加起來的水平 超過了十億噸 十億噸水是一個什麼樣的概念啊 大概就相當於四十萬個奧運標準游泳池 一個人一生啊 平均需要喝六十多噸的水 十億噸水的話 足夠一千多萬人喝一輩子 一千多萬 差不多一千五百多萬了 但是呢 這個理論還有一個問題 就是如果水是彗星帶過來的 爲什麼這些水都集中在了南北極 對吧 彗星撞擊都是隨機的 可以撞擊在月球任何一個位置上 如果是撞擊在赤道附近的水的話 應該早就蒸發乾淨了纔對 所以另外一個假設就是 水本來就儲存在月球的內部 月球形成的時候和地球的物質 是一起從同一塊星雲裏面凝結出來的 地球上有水 那月球上爲什麼就不能有呢 只是月球太小了 引力不夠 大一層也留不住 所以表面的水都跑掉了 但是地底下可能還有 到現在還有 火山噴發或者說隕石撞擊 地下的水被帶到了地面 然後飄到了極地 然後凍住了 這兩種理論到現在還在爭 沒有一個定論 就是沒有誰對誰錯 因爲我們現在還沒有真正的 把月球南極的冰給挖出來 如果可以拿回到地球實驗室 進行化驗的話 水的同位素比例就可以告訴我們 它的來源 這就像一個化學指紋一樣 來自彗星的水和來自月球內部的水的話 它們的指紋是不一樣的 這也是爲什麼 很多國家都想要登月的一個原因 他們不光是要去找水 還要分析水的成分 搞清楚它的來源 如果月球的水是彗星帶過來的 那麼太陽系裏面 其他沒有大氣層的這些天體 比如水星 古人星 小行星帶裏面很多岩石星球 也可能在它們的極地陰影區裏面 存着水 如果月球的水是它內部自帶的 那麼水在巖之的這種行星的內部的話 可能是普遍存在 這兩種答案會衍生出 完全不同的太空態度策略 最後如果我們把月球南極的這些水冰 變成了銀河水 變成了氧氣 變成了火箭的燃料 如果月球真的變成了一個駕馭站 一個裝轉站 一個第二家園 那人類就不再是困在地球上的一物種 我們就真的有了一個備份 一個plan b 對吧 不是爲了拋棄地球 而是爲了更好的保護地球 人類的太空探索的話 將來會走得更遠 不只是月球 火星 隨着技術的發展的話 走出太陽系 銀河系也是非常有可能的