人类和科学的新纪元——阿波罗11号任务都带来了什么样的科学成果？

(图片：NASA)

尼尔·阿姆斯特朗在月球上踏出第一步的时刻标志着人类和科学的新纪元。

阿波罗11号任务带回来的49磅(22公斤)月球岩石和月球尘埃提供了一个珍贵的物质宝库，这些物质为我们打开了了解另一个世界的大门，除此之外，科学家们还收集了太阳系早期和地球形成过程的信息，并梳理出对地月之间关系的新理解。

1970年1月，在第一批月球样本从月球返回后仅仅6个月，《科学》杂志就发表了一期关于月球科学的杂志，里面的近150篇科学论文讨论了月球的新发现，其中大部分集中在月球样本的研究上。

但当阿波罗计划宇航员停止将月球岩石运回地球时，月球科学也并没有因此结束。随着仪器越来越先进，技术越来越精细，科学家们得以继续从古老的月球岩石中收集新的信息。

让我们来看看从阿波罗11号和后续任务收集到的一些关键科学成果吧。

月球表面是固体

在宇航员着陆之前，来自地球和其他着陆器的观察表明，月球表面覆盖着一层很细的尘埃物质，科学家们也没有办法确定月球表面环境对人类探索活动来说到底安不安全。这种物质很可能会像流沙一样流动，也可能会被破坏性的碎片覆盖着。在宇航员巴兹·奥尔德林(Buzz Aldrin)发表评论之前，月球风化层仍然是个谜，奥尔德林当时正在离月球地表约40英尺的高空，他描述了登月舱撞击月球表面的过程如何搅动起月球尘埃。

与后续任务不同，阿波罗11号没有携带任何从月球表面以下采集样本的实验。相反，这次任务依靠的是宇航员在探索月球时的观察结果以及他们带回的月球表面样本。结合宇航员们的观测结果与航天器的遥测数据，科学家们才得以对月球表面做出初步的结论。

其中，这些结论指出，月球表面由微小的尘埃颗粒和较大的角状岩石混合组成。一些岩石位于月球表面，而另一些则部分或完全埋在月球尘土中。在月球表面，风化层的颜色和亮度似乎会随着观测角度的变化而变化，但科学家们在地球的实验室里却没有观察到这种现象。受宇航员和宇宙飞船干扰的月球区域也比月球的原始区域要更暗。

被风化层覆盖的月球

月球的风化层包括细小的灰色尘埃和当地基岩的岩石碎片。据报道，阿波罗11号的样本还含有火山玻璃(松脂石)碎片。由于月球缺乏稠密的大气层，所以月球表层风化层直接暴露在微陨石撞击和太阳风辐射的影响之下。持续不断的微陨石撞击撞碎了岩石，融化了风化层块，使其变成一块块小玻璃碎片。

月球尘埃具有令人难以置信的“侵略性”，它侵入了登月舱的角落和缝隙，宇航员的宇航服，甚至样本采集箱的密封条。宇航员们很容易就能踢起这种细粒物质，这种物质会附着在它接触到的任何东西上，因为风化层的电荷会产生一种“静电附着”效应，这使它更难被清除。

重要的尘埃

在历史性的阿波罗11号任务之前，美国宇航局的科学家们就已经意识到登月舱在返回地球时可能会扬起很多灰尘，这样的话留下来的月球科学实验将会布满灰尘。为了确定这些科学实验表面究竟会有多少尘埃，奥布莱恩设计了月球尘埃探测器(LDD)，这是一个用于其他更大型实验的小型附加设备，它可以测量沉降在仪器表面的尘埃量，不论是宇航员返航扬起的尘埃，还是来自其他来源的尘埃(比如陨石撞击产生的尘埃)。

奥布莱恩在一封电子邮件里说，LDD使研究人员能够确定，导致被动式地震仪早期过热(对于地震仪来说非常致命)的不是辐射，而是登月器返航时扬起的灰尘。阿波罗11号任务的这个测量结果影响了科学仪器在后续任务中的放置位置，后续宇航员放置地震仪的位置距离登月舱远了近10倍。

月球和地球一样，也有月壳，月幔和月核

尽管阿波罗11号的被动地震实验只持续了三周，但它为月球地震学提供了第一批有用的数据。阿波罗11号、12号、14号、15号和16号任务期间部署的地震仪探测到的月球地震也进一步向我们揭示了月球内部构造。

据马里兰州NASA戈达德太空飞行中心的行星科学家大卫·威廉姆斯(David Williams)说，阿波罗11号任务的仪器显示，月球内部的实心相对较小，其直径不到月球半径的25% 。

地震仪还让科学家们更好地了解了月球的外层，科学家们确定，月球月壳的厚度在37英里到44英里(60-70公里)之间，大约是地球平均地壳厚度的三倍。地震仪还在月壳中测量了陨石撞击和地震波。

古老的月球，古老的环形山

从月球带回的样本帮助科学家确定了月球和月球表面的年龄，测量结果显示，月球在太阳系的早期就已经形成。行星科学研究所的行星科学家威廉·哈特曼(William Hartmann)在一封电子邮件中说：“阿波罗11号的第一批样本同样也显示月球大约有45亿年的历史。”

总的来说，阿波罗计划任务中收集到的岩石年龄范围从深色玛丽亚盆地的32亿年到浅色崎岖高地的46亿年不等。

阿波罗任务带回的样本也帮助科学家确定了月球上多个陨石坑的年龄。在那之前，地质学家只能收集到撞击地点的相对年代信息。但有了阿波罗号的样本，他们可以直接确定取样区域的年龄，然后计算出未取样盆地的大致年龄。

这项工作也为更好地了解其他更遥远的天体作了铺垫。通过在阿波罗11号和后续任务中确定月球陨石坑的年龄，科学家们已经能够估算出太阳系中的其他陨石坑的年龄。

例如，火星受到的陨石撞击次数应该和地球差不多，这样研究人员就可以用从月球地貌中提取的年代信息来确定不同火星地貌的年代。就连冥王星的陨石坑估计年代都是根据月球上的陨石坑测量信息得来的!

月球的岩石没有生命，而且是潮湿的，很像地球的岩石

科学家们分析了月球样本，以寻找是否存在(或曾经存在过)有机物质，但他们什么也没有发现。唯一的非生物有机物质(比如氨基酸)痕迹都非常微弱，而且它们是由太空陨石带到月球上的。

在这些月球样本到达地球几十年之后，科学家们又重新分析了一些阿波罗月球岩石，包括阿波罗11号任务采集的一些岩石，并在这些样本中发现了微量的水。研究人员确定，这些水是由彗星或陨石撞击带到月球表面的。

这些样本还告诉科学家，月球岩石和地球岩石有着很高的化学相似性。此外，这两种岩石和火星陨石和小行星带的陨石都有着显著的不同。

这个现象使得哈特曼和他的同事唐·戴维斯(Don Davis)在1974年提出了这样的一个理论：地球早期曾经发生过一次灾难性的撞击，而月球则是由这次撞击造成的地球碎片形成的。他们的这个理论目前仍然是月球形成的主要理论。

月球正在慢慢远离地球

阿波罗号宇航员在月球表面留下的其中一个实验就是激光测距反光镜实验。通过使用大型地球望远镜向这种特别定制的镜子发射激光束，科学家们可以精确地测量地月距离。

除了提高科学家们对月球轨道和自转的认识，该实验还发现，月球正在以每年1.5英寸(3.8厘米)的速度远离地球。

威廉姆斯说，激光测距反光镜“是阿波罗11号唯一仍在进行的实验，因为它只是一组反射地球激光脉冲的镜子，它不需要任何动力。”

发生变化的太阳风

以阿波罗11号任务为首，当初有几个阿波罗任务都部署了太阳风成分实验，该实验由一种铝箔片构成，这种铝箔片被安装在一根面向太阳的杆子上。而太阳风是太阳向外发出的一种带电粒子，它会穿过太阳系，对所有行星和卫星的环境都会造成影响。

为了更好地了解太阳风中有什么粒子，宇航员展开了箔片，让它在阳光下暴晒77分钟，然后收起来，带回地球，科学家们随后会在地球对它进行化学分析。后续的阿波罗宇航员也做了相同的事情。

这些铝箔片可以让科学家们测量轻惰性气体的同位素，以了解太阳风在阿波罗计划任务期间的组成变化，这些变化与太阳风强度的变化相对应。