20.6. 阿波罗计划和后续行动¶
The Apollo Program and Follow-Ups
|从月球轨道飞行器照片中拍摄的阿波罗任务着陆点的一系列场景。|
下表总结了访问每个站点的科学原理：
每个参与着陆后远足的宇航员都装备齐全，能够在低重力（地球的1/6）无空气表面环境中工作，如图所示：
阿波罗11号和12号地点都在马雷地区。阿波罗12号也坐在从哥白尼火山口发出的射线内的喷射物上。阿波罗12号在导航方面取得了显著的成就，它与先前任务遗留下来的勘测员3号宇宙飞船相距不远，测量员们返回地球，研究微陨石轰击对其表面的磨损情况。阿波罗11lm附近的一个小型局部陨石坑是典型的马雷风景：
19-19: What happened to Apollo 13; did it "go" and if so why didn't it touch down on the Moon? `ANSWER <answers.html#19-19>`__
阿波罗14号出现在弗拉-毛罗喷射区，这是由形成母马休眠盆地的巨大陨石坑事件引起的。阿波罗15号降落在亚平宁山脉附近，由边缘岩石（即月球地壳）构成，在形成深熔盆地时被推上。这些山，在这张照片的背景中也显示了长征，海拔高达4.7公里（约3英里）：
19-20: What might have caused these mountains, since the Moon does not have a plate tectonics system like on Earth. `ANSWER <answers.html#19-20>`__
阿波罗16号访问了高地部队，包括凯莱组（据解释为火山沉积物，发射前，但在任务期间显示为巩固冲击喷射）。阿波罗17号也在寻找火山热裂岩单元，预计会出现在金牛座-利特罗山脉周围，但除了在其内部显著的橙色层（玻璃滴在变硬之前从岩浆熔岩中飞溅出来）。 风化层 （碎片“土壤”），岩石暴露在 地块 （高山）又是由喷出物构成的。17个地点的一些岩石是巨大的，从这张“房子岩石”的视图可以看出，它包括一个整合的喷出物（一个角砾岩）；宇航员地质学家杰克·施密特站在附近：
一些航天员的摄影主要集中在表面特定目标的黑白高分辨率场景上，例如这张阿波罗17号登陆点在金牛座-利特罗地区的照片，上一次登月是在1972年12月：
|B/W Apollo 17 photograph of the landing site in the Taurus-Littrow region, December 1972. |
熟悉这一场景的地理位置，特别注意地块（高地上的小山）的图案，在着陆点周围黑暗的中央熔岩覆盖的平原上，这些图案显得格外明亮。现在，看看这个地面场景：
宇航员杰克·施密特（地质学家）拍下了这张照片，一部分是为了展示月球舱（LM）在山丘背景下安全地坐在平原上。宇航员尤金·瑟南（EugeneCernan）控制着移动式月球车，该车用于距离月球站数英里的远足。月球车也被称为“月球车”，其装备如图所示：
19-21: Scroll back to the two photos showing the massifs at Apollo 17 and to the vertical photo taken from the orbiting Command Module. Can you tell which photo shows the North and which the South massifs? `ANSWER <answers.html#19-21>`__
阿波罗17号发现的主要目标之一是发现火山作用的证据，而不是马拉玄武岩的入侵。美国地质调查局曾预测，火山沉积物应该存在于地表之上。当其中一名宇航员突然发现表土（表面“土壤”碎片）中有一层橙色层时，有一瞬间他兴奋不已，正如他在这里拍摄的照片所示：
当研究返回地球后的橙色层样品时，发现这种材料是由小玻璃球组成的。这些被认为是飞溅的液滴在撞击静止的目标熔岩（可能有固体表面外壳）时从冷却熔岩中抛出。
阿波罗17号也为作者的预言提供了一些证据。就在阿波罗15号任务之前，他曾试图计算出他所提出的作为高地主要地面单位的喷射沉积物的厚度。该计算的基础只是确定从月球正面大于1公里的月球（撞击）盆地和陨石坑中挖掘和抛掷的材料量。假设了一个陆地的陨石坑模型。结果表明，高地的厚度范围在<1 km到刚刚超过3 km之间。最大厚度将接近大盆地边缘；中部高地平均含有约一公里的喷出物（在其表面，高地和玛丽亚都会形成一层较薄的表层-风化层）。阿波罗15号的地震仪开始工作后，有迹象表明高地上普遍存在一个低速层，似乎与这个喷射装置相对应。此后不久，作者发表了这张广义等厚线（厚度）图：
在准备将阿波罗17号送至金牛座利特罗（Taurus Littrow）的过程中，作者根据这张地图预测该地点的厚度为3公里。在着陆时，宇航员杰克·施密特注意到，北山是一公里半高的山，完全由角砾岩（加固喷射物）组成。然后，一个小型便携式地震仪检测到该地点下方有一公里半的低速（喷射物）。这两次观测总计3公里，要么是对该点等厚线图的显著确认，要么是一次非常幸运的巧合。
阿波罗计划仍然是人类在太空中最重要的成就。登月旅行的最大回报是宇航员收集了近368公斤（810磅）的岩石样品。大约三十年后，科学家们继续对从行星体中提取的任何天然物质进行最激烈的分析和审查。从1970年开始，每年3月，数百名地球科学家在德克萨斯州休斯顿附近的约翰逊航天中心举行一年一度的月球和行星科学会议，报告新发现，交换关于最近数据解释和含义的假设。通过对月球岩石的研究，出现了几个基本概念：原始行星体的分化、早期表面的性质、撞击坑形成的冲击效应在非马拉岩石中的突出地位、月球的年龄和历史以及它的起源。普遍的观点是，它是由于早期地球受到巨大冲击后，被抛入太空的陆地碎片的堆积而形成的，这导致地壳/地幔材料达到轨道速度。这个模型的一个变种，被一些人持有，是大部分物质来自进入的天体，可能是一个大小接近火星的小行星。
典型月球岩石样本的外观显示在以下三个显示中：
第一个是阿波罗12号地点的月球玄武岩样本；它是细粒的，并被微陨石轰击而形成凹坑。这是玛丽亚流行的岩石类型。
其次是斜长辉长岩，一种以长石为主的白色岩石。它可能是原始月球地壳的典型组成部分，代表着在月球第一次普遍融化期间形成的冷却岩浆中向上漂浮的斜长石晶体。注意覆盖了部分样品的黑色玻璃，大概是从一个制造玻璃的撞击坑中运输时在岩石上涂上的。
最后，从阿波罗17号遗址看，大的中心岩石是角砾岩，也就是说，由其他岩石碎片组成的岩石，这些碎片从各种（通常是遥远的）来源聚集起来，然后通过加热和压力焊接在一起。
大的中心岩石是角砾岩，也就是说，由其他岩石碎片组成的岩石，这些碎片从不同的（通常是遥远的）来源聚集，然后加热和加压焊接在一起。这些碎片代表来自月球多个区域的撞击碎片，这些碎片构成了月球外层的主要沉积物——这是本教程作者在1971年首次提出并描述的厚度为1-3公里（约0.62-1.86英里）的月球喷射层的一部分。这个样本中的暗物质是玄武岩，这是富含铁的熔岩填满月球的凝固的最终产物。较轻的岩石碎片可能来自月球高地，我们从勘测员和阿波罗的样品中看到，这些岩石由高比例的灰色长石（Ca-Na铝硅酸盐）组成，这些长石导致高地的色调变浅（反射率或反射率更高）。大样本周围较小的岩石样本是泡状玄武岩碎片（深色）和单独的高地岩石（浅色），在同一任务中在附近采集。
对月球样品的分析揭示了几个明显的特征。在检查个别碎片时，一些角砾岩揭示了冲击效应的确凿证据，表明这些岩石是主要影响中涉及的碎片。在月球土壤样本中也发现了冲击效应。从化学上讲，月球岩石主要是由它们自己组成的一个类，不同于它们的陆相岩石类型。它们缺乏铁，挥发性物质（包括钾和钠）含量低，完全无水（这意味着它们形成时不存在水；下面讨论月球上发现的水）；与地球岩石相比，它们非常新鲜，几乎没有任何变化的迹象。作为其化学特性的一个例子，检查这张图，它绘制了钾（K）与铀（U）的比率与钾含量变化的关系；注意，陨石和陆上火成岩在图中绘制的区域与月球岩石不同。
19-22: What conclusions can you draw from this K/U vs K (ppm) plot? `ANSWER <answers.html#19-22>`__
迄今为止呈现的视图突出了月球表面的两个主要特征：1）母马/高地二分法，以及2）圆形特征的丰富性，几乎所有都是撞击坑和盆地，但一些可能是火山（火山口）起源。下一个场景通过显示由伽利略航天器上的多光谱摄像机拍摄的月球正面夸张的假彩色图像（本节后面将介绍）来强调这两种特征。高地的反射率较高，呈现出红色和橙色的阴影，而较低的反射率则是蓝色和绿色。
阿波罗号之后，月球经过22年的特殊重访，直到1994年2月19日至4月21日，由国防部资助的无人航天器克莱门廷（Clementine）绕月球轨道运行，利用紫外线/可见光、近红外和高分辨率照相机、激光雷达（一种雷达高度计）和一种类似雷达的装置进行测绘研究。S波段无线电频率（2.293GHz，或13.19cm波长）。首先看一张月球正面和远侧的地形图，其中的立体数据提供了与克莱门汀航天器绕月球表面轨道运行时获取的高分辨率照片和雷达测高数据的高程差。
在专门的产品中有更详细的月球地形图（海拔）和一些化学元素分布的全球地图，如铁（Fe）和钛（Ti），通过分析0.75 m和0.95 m处的反射变化来确定，这些元素吸收辐射。下面复制的铁元素图表明，尽管铁元素分布广泛，但其最大浓度集中在附近一个广阔的区域，大致与流入大洋洲和其他几个mare盆地的巨大熔岩流一致。
克莱门汀有争议的发现，如果被证明是正确的，它对人类重返月球有重大影响。它的S波段无线电设备探测到月球南极一个巨大陨石坑边缘的异常反射，这些区域永久性地被太阳光遮挡着。这些反射可能是由于水冰或一些异常的表面粗糙度条件造成的。如果真的有冰（足以填满四个大游泳池），那么这种珍贵的物质（当被电解分解时，提供生命所需的水和氧气）可能允许我们在月球上建立一个载人基地。运输足够的水和氧气长期停留目前已超出我们的技术能力。一些科学家假设，如果真的存在，这些冰的来源是彗星物质（彗星头部含有冰）的混合。
这一观察，以及克莱门汀的构图有趣的结果，导致了后续任务。25年来，美国国家航空航天局首次带着一颗被称为“月球探勘者”的小型多用途轨道卫星重返月球。包括数据分析在内的整个任务是美国航天局的另一项努力，即以相对较低的成本实现较高的科学回报（对于LP，6500万美元）。探月者号于1998年1月6日由阿根纳火箭发射升空，目前正在一个100公里高的绕月极地轨道上运行，从中可以比克莱门汀提供的更详细地绘制整个月球的3年寿命。这是一幅艺术家绘制的航天器草图：
这艘太空船只有1.4米（4.5英尺）高，直径1.2米（4英尺），重300公斤（660磅），它的动力来自环绕其外部的太阳能电池。一个S波段无线电传感器，设计用于利用多普勒效应程序测量月球重力，位于圆锥形通信天线（顶部）的顶部。在延伸至左前方的8英尺长的吊杆或桅杆末端，磁强计/电子反射计将对月球的磁场和粒子场进行改进的测量。在左后桅杆的末端是伽马射线光谱仪，它可以检测到这些元素：u、th、k、fe、ti、o、si、al、mg和ca。在右桅杆上是α粒子光谱仪，它将测量氡气，以评估月球放射性，作为火山和其他当前事件的线索，以及中子光谱仪，它将确定月球放射性。e存在氢并能检测到水冰（其从克莱门汀的结果中得到确认是一个主要目标）。
由中子分光计测定的热中子通量变化图显示了与北极和北极附近的玛丽亚有关的大量低中子计数（由高中子俘获引起），以及高地的更高计数。
1998年3月5日，在一次激动人心的新闻发布会上，首次发布了冰的探测结果。在两极附近，中子分光计确实探测到了中子，这些中子是由自然宇宙射线对带有遮蔽阴影区的陨石坑中的水冰进行轰击而从氢中释放出来的。初步估计的数量，将更准确地确定与后来的观察，是1000万至3亿吨。如果融化，这个更大的数字将填补一个“湖泊”10平方公里的面积（3.1 x 3.1公里）到10米的深度。令人惊讶的是，北极地区的冰含量比其南部地区高出50%。水冰的来源可能是撞击极地区域的彗星体的残余物，形成了陨石坑，但允许大部分彗星质量嵌入目标中生存。这对未来月球探索的影响是鼓舞人心的，因为我们可以利用重要的水（用于消耗和作为氢源，适合作为燃料），在相当长的时间内建立和占用一个载人基地设施。然而，在极地着陆在技术上更困难，但可行。在我们的卫星上建立一个永久性观测站的梦想现在更加可行了。
有关月球探矿者的更多详细信息，请参见 National Space Science Data Center 网站和任务管理主页 NASA Ames Research Center . 随着NASA积累和发布数据和地图，我们将把它们放在本教程的Web版本和以后的CD-ROM版本中。
从阿波罗任务中获得的或得到阿波罗任务支持的主要科学信息的一个很好的概要可以在这里找到。site .
19-23: Before you look at the site link, and based on what you have read on this page, list or mentally note what you think were the principal findings of the Apollo program? `ANSWER <answers.html#19-23>`__
从字面上看，月球上有成千上万的信息丰富的、经常是奇异的图像，由各种远程传感器拍摄。不情愿地，我们必须离开我们当地的卫星，开始一个令人印象深刻的旅程，通过太阳系。我们从两个最里面的行星开始——水星和金星。