2020一起感受前沿科学的魅力

　　【科技向未来】

　　编者按

　　新年伊始，在清华大学，一场别开生面的科普活动受到社会广泛关注。中国月球探测工程首任首席科学家欧阳自远院士、清华大学生命科学学院院长王宏伟、腾讯量子实验室负责人张胜誉等科学家盘点天文学、生命科学和化学、数学物理学等科学领域2019年度成果，讲解探月工程、冷冻电镜、量子物理等前沿科学突破背后的故事，本期与读者分享。  

　　中国月球探测工程首任首席科学家欧阳自远：　

　　探索太阳系的星辰大海

　　对于我们的工作，国家批准了三个任务。在第一个一百年到来之前，要发射探测器，着陆到人类从来没有去过的月球背面，要着陆在月球上把样品采回来，我们将进行首次火星探测。到21世纪中叶，中国将要建设一个太空强国。如此艰巨繁重的任务，我们目前仅做了一点关于月球和行星的探测。

　　首先介绍嫦娥四号，这是在嫦娥一号、二号、三号的基础上，国家批准我们要降落到人类从来没有到达过的月球的背面。人类有史以来一共在月球上着陆了20次，其中美国进行了11次、苏联8次，我们的嫦娥三号也降落下去了，但这20次全部集中在月球正面，所以嫦娥四号是人类首次着陆到月球背面去。

　　到月球背面之后有一个最大的难题，就是看不见、不能通信。200多年以前，法国数学家研究出月拉格朗日有五个引力平衡点，两个引力平衡点是在小物体的那面，只有一个办法，发射一个中际星到拉格朗日第二点上，看能不能把月球的背面跟地球联系起来。我们发射了中继星，到达月拉格朗日后打开网状天线，这样直接可以把地球以及月球联系起来，可以指挥在月球上怎么样着陆、怎么样工作，把探测的数据向地球报告，地球就可以及时给他们以指令，这样就完全变为一条畅通的链路了。

　　第二个难题是如何着陆。嫦娥四号发射以后从地球到达月球，然后被月球引力捕获了之后要调整轨道，飞到着陆区上空，然后朝着陆区着陆下去。但在月球上着陆不能用降落伞，因为月球表面是超高真空，大家都知道一个东西落下来重力加速度越掉越快，最后砸得稀烂。只有一个办法，在这个着陆器下面安一个发动机，你往下掉我就往上推，慢慢掉下来。但还有一个问题，月球表面这45亿年以来砸了不知道多少个坑，到处坑坑洼洼，着陆器四条腿降落在月面上，一条腿掉到某一个坑就会倒下去，月球车爬不起来前功尽弃。我们有非常高级的人工智能计算机，慢慢落下来，一边落一边拍照，立即分析判断哪里可以着陆。最后拍了3764张照片，直到有一张照片可以落了，就按照人工智能的指示落下去了，安安稳稳地着陆到月球的表面。

　　我们干吗要到月球背面去？有三个目的。

　　第一，人类得到了很多来自于宇宙、银河系、太阳系的科学信息，但由于地球的电离层干扰，我们收不到长波的电磁波或低频的电磁波。这些信息在月球正面也收不到，要知道这些科学信息，只有一个办法，跑到月球背面去。

　　第二，月球的历史正面最古老是40亿年，早于40亿年更古老的历史不知道，我们要到月球背面，落到最老的石头上把月球的历史全面归述。

　　第三，人类从来没有到过月球背面，中国跟欧洲很多国家合作研制了几台仪器，我们一定要测出来月球背面的表面环境、近月空间环境，这些全部是人类从来不知道的，我们现在已经研究出很多的成果，正在逐步发表。

　　嫦娥四号已经工作了整整一年，取得了大量成果。按照计划，2020年底我们要到月球上采样返回。我们挑了一个地方，离阿波罗载人登月的地方很远，一千多公里以外的，我们落下去之后，用电铲采样加上自己打钻取样等，把所有的样品装到锥形舱里头。但是我们回不来，在月亮上，没有那么多的燃料把它送回来，我们只要它飞上去，月球空间站跟飞船自动会对接，最后这个飞船把它带回地球，这个时候可以用降落伞很安全地落在内蒙古的四子王旗。

　　2020年，我们还要把中国的火星探测器送上火星，路途要飞七个月左右，将近四亿公里。我们到火星是为了全面地探测火星，这是中国头一次去。中国的科学家曾经做过一个工作，用火星掉下来的石头在北京的实验室做了大量分析，最后证明火星曾经有过生命，这是很了不起的一件事情，我们在欧洲发表了这一成果。2014年12月2日，美国的好奇号向全世界公布了他们探测的结果，证明火星曾经有过生命，他们的记者招待会是2014年12月16日，比中国晚了半个月。这件事情人们仍然承认是中国首先做到的。但火星现在究竟有没有生命，以前有过什么生命形态并不清楚。另外全世界的科学家都有一个共识，改造火星，让它变为第二个地球。经过了38亿年生命的逐步演化，到最后的200万年才出现了人类，而且具有智慧，建立了高度文明的社会，所以我们一定要保护人类，让人类的未来更美好、更幸福。