“嫦娥三号”领跑人类探月新阶段

黄志澄

    中国“嫦娥三号”月球探测器于2013年12月2日1时30分，在西昌卫星发射中心由“长征三号乙改进型”火箭发射成功。12月15日夜，“嫦娥三号”探测器在精准发射、奔月飞行、绕月探测、月面软着陆、着陆器就位探测、玉兔月球车漫步虹湾、互拍成像后，标志着我国探月工程二期“嫦娥三号”任务取得圆满成功。这是美国阿波罗计划结束后，人类重返月球的第一个软着陆的探测器，将使我国成为世界第二个掌握月面巡视探测技术的国家。 

    人类探索月球的过程并非一帆风顺。至今，全球共进行了129次月球探测活动（不算“嫦娥三号”），其中，美国59次，苏联64次，日本和中国各2次，欧洲航天局和印度各1次。以上成功或基本成功66次，失败63次，成功率为51%。在这一过程中，大致经历了三个发展阶段。

    第一阶段为1958年至1976年间，由美苏太空竞赛引发的首次探月高潮。当时苏联和美国，发射了上百个月球探测器。在这期间，苏联研制和发射了“月球”“宇宙”和“探测器”三个系列的月球探测器，并经历多次失败。如1965年至1969年，苏联多次发射“宇宙”系列月球探测器，任务是进行月球采样，但全部失败。同一期间，美国共执行了6项月球探测计划，特别是1968年至1972年发射的“阿波罗”8号至17号载人登月飞船，实现了人类首次到访这个星球。

    第二阶段为1976年至1994年对探月的冷静思考阶段。在此阶段只有日本进行过一次探月活动。其原因是随着冷战形势的缓和，加之苏联解体，太空竞赛有所缓解；美国和其他准备探月的国家，总结以前探月活动的耗资大、科学目标不明确、难于持续发展等教训，提出了探月的新战略，从而将对探月的认识提升到理性阶段。

    第三阶段为从1994年起至今的第二次探月高潮阶段。人类再次认识到探月在政治、社会、科技和资源开发等多方面，都具有重要的价值。特别是通过对“阿波罗”登月航天员取回的样品进行研究发现，月球表面有大量地球上少有的氦-3，它可能是一种高效的核聚变发电燃料，所以月球受到越来越多的国家青睐。美国于1994年1月和1998年1月，分别发射了“克莱门汀”号、“月球勘探者”号探测器，发现了月球两极存在水冰，从而进一步激发了人类新的探月热情。在这个阶段，除了美国和俄罗斯外，中国、欧洲、日本和印度等，都相继加入了探月的行列。

    “嫦娥三号”将“玉兔”号月球车送上月球，是美国取消重返月球的“星座计划”后的首次重大探月活动，意义非凡。由于美国改变了太空探索的重点，俄罗斯新的月球探测器尚未发射，2013年12月15日夜，我国“嫦娥三号”圆满完成任务——“嫦娥”成功落月，“玉兔”信步虹湾，中华千载梦圆。

    我国在人类探月新阶段中，稳居了领跑位置。这意味着中国探月之路，风险和荣誉共生，挑战与机遇并存。

南极冷还是北极冷？

袁林喜

    ①1929年11月29日，美国海军中校理查德·伯德飞越南极，成为第一个飞越南极的人。而就在3年以前，伯德也成功飞越了北极。所以也是第一个同时飞越过两极的人。

    ②你如果遇到他，会问什么问题呢？恐怕很多人会问这个问题：南极冷还是北极冷？

    ③南极冷还是北极冷？先让我们来看看中国的两极考察站。北极的黄河站位于北纬79°，夏天拜访那儿的人可以发现，考察站周围的海湾积雪全融化了，大量苔原植物生长繁茂，甚至出现很多开花植物，北极绒鸭、北极燕鸥等海鸟活跃起来，呈现出一片鸟语花香的景象，让人怀疑是否真的到了北极！相比之下，位于南纬62°的长城站却是另一番景象，考察站区常年积雪不融化，温度也低，动植物种类稀少。数据显示：北极的年平均气温为-10℃左右，最低纪录为-70℃；而南极的年平均气温为-25℃至-30℃，最低纪录是-90℃。显然，南极要比北极冷！

    ④那么，是什么原因导致南极比北极更冷呢？

    ⑤首先是南极与北极的地形差异。南极为大海包围的陆地，面积约 1400 万平方千米，其中约98%被大陆冰盖覆盖，而且这些冰盖的平均厚度可达近2000米，终年不化。北极地区则是陆地包围海洋，北冰洋主要被欧亚、北美大陆所包围，面积约1310万平方千米，其中冰面积约为850万平方千米，仅为南极冰面积的60%左右。而且，北极地区的冰雪在夏季会大量融化，导致夏季冰面积更小。此外，北极的北冰洋海水的热容量大，吸热本领强，吸收的热量就更多，导致北极比南极要暖和得多。

    ⑥其次，南极海拔比北极高。南极平均海拔高度为2350米，其中超过3000米的地方约占南极大陆面积的25%，最高约5140米，是世界上平均海拔最高的大洲。而北极近2/3的面积都是海洋，平均海拔仅与海平面相当。海拔越高温度就会越低，正所谓“高处不胜寒”，因此南极就会比北极气温更低。

    ⑦第三，南极热量交换比北极少。由于南大洋有绕南极的西风环流和南大洋环流，南极无论是大气环流还是大洋环流均比较封闭，与中低纬度的热量交换较少，得不到热量的有效补充。相比较而言，北极地区与中低纬度的大气环流和大洋环流的交换则比较频繁，来自于中低纬度的热量可以通过环流向北极地区进行有效输送，这样就导致北极比南极温暖。

DNA硬盘

    ①DNA是生物的基因信息，可以长久有效地记载生物的各种信息数据和图谱，这已经不再是神秘的东西了。可是，把人类文明的数据存入“DNA硬盘”，并且保存长达千年之久，不啻为石破天惊的奇闻。

    ②最近瑞士联邦理工学院的一群研究人员经过研究发现，所有的人类文明成果数据，都完全可以写入DNA生物基因信息中，并将其储存千年之久。

    ③这项研究的动因，源自一个并非杞人忧天的“黑色幽默”。2011年的某天，瑞士联邦理工学院的教授格瑞斯跟同事们聊天，有人开玩笑说，一旦某一天，人类从地球上消失了，那全人类几千年来所有自然科学和人文科学研究成果的资料数据，会不会随着人类的灭亡而灰飞烟灭？有的人则不以为然，因为服务器、硬盘、闪存、磁盘等很多数据保存工具，它们不会像人类一样消亡，它们记载这些数据，完全可以留待新新人类去发掘。

    ④格瑞斯教授听完大家的笑谈：并没有感觉这只是一个黑色幽默，而是认为这是一个非常严肃的科学命题。服务器、硬盘、闪存、磁盘等数据保存工具，是可以将数据保存一段时间，但这些数据保存工具，最终还会像传统的纸质书籍一样降解，无法长久保存人类数千年的文明。

    ⑤那么，有没有一种方法可以长久保存这些数据呢？于是，他组织了一个研究团队，开始研究这个课题。受到生物DNA基因信息图谱的启发，他们把将数据写入生物基因信息作为主攻方向。

    ⑥经过研究，他们发现1克DNA理论上携带有455艾字节（Exabyte，EB）的数据。1EB等于10亿GB，而1000EB等于1ZB。云计算公司EMC估计.2011年全球数据总额也只有1.8ZB，这意味着只需要4克（—勺子左右）DNA．就能记录从柏拉图到莎士比亚的名作，还可以延展到碧昂丝的最新专辑等所有作品。一人类几千年的文明成果数据，有了DNA硬盘保存，是完全不成问题的。

    ⑦可是随着研究的深入，格瑞斯和同伴们发现，DNA也会对周围的环境产生反应，在室温下也会逐渐降解。针对这个问题，他们又天马行空，异想天开的集思广益，认为如果把DNA数据硬盘做成化石来保存，这个问题就迎刃而解。而现今最类似于化石的矿物就是石英。于是他们将石英做成壳子，这种壳子的结构组成类似于玻璃，与骨骼化石几乎相同，把DNA样本放在石英做成的壳子中，达到了比较完美的效果。

    ⑧把人类文明的数据存入DNA硬盘，由头源自幽默，结局石破天惊。瑞士联邦理工学院格瑞斯教授等科学家，创造了人类文明数据保存与传承的神话。

（选自《知识窗》2015第5期）

《流浪地球》——恒星的挽歌

冯小宝

    ①《流浪地球》是2019年备受关注的电影，它引发了无数观众对电影中科学设定的热烈讨论。有的说行星发动机不可能实现；有的说要引爆木星推走地球，有更好的办法……回头想想，到底什么才是地球不得不流浪的原因呢？

    ②太阳内部不断发生氢核聚变，产生氦，同时释放巨大的能量。一方面，太阳的巨大质量产生引力，令其自身向中心坍缩；另一方面，核反应产生的高热，导致它膨胀。这两种趋势形成一种平衡，让太阳能保持稳定的形态。但随着时间的推移，太阳核心中的氢会越来越少，氦越来越多，核心密度越来越大，于是核心就会收缩。随后发生新的热核反应，这种反应会释放更大的能量，点燃太阳的氢壳层。因此太阳本身会更热且不断膨张，变成一颗红巨星，它的直径将相当于现在的100倍。到那时，太阳会将靠近它的水星和金星一口吞掉，地球也许不会被吞噬，但必然早就被烤焦，一切生物都将灰飞烟灭。

    ③现实中，科学家已经找到了恒星“吃掉”行星的案例。2010年，哈勃太空望远镜就观测到，一颗与太阳类似的恒星，正在吞噬与它相距约300多万千米的行星。在恒星巨大的引力作用下，这颗行星被拉伸成橄榄状，其表面的平均温度超过1500摄氏度。预计在之后的1000万年内，这颗行星就会被完全吞啦。

    ④地球这颗行星的生物圈，其实是依靠太阳这颗恒星给予的能量来维持的。离开了太阳，地球的生态循环系统必然崩溃。此时，地球不得不流浪。因此，科幻电影《流浪地球》带领观众进行了各种基于已有科学发现的假设和推定。

    ⑤流浪的地球，离开了生命之光——太阳，唱着恒星的挽歌，满含对旧爱的眷恋，毅然决然地踏上了未知的征程。当电影中的人类用各种语言说着“太阳系，再见”的时候，我们看到的是人类不懈的科学探索精神，是永不熄灭的文明之火。

（选自《中学科技》，2019年第4期，有删改）