撞擊點方位
 

 
撞月航天器LCROSS組成(新浪科技製圖)
 

 
撞月模擬圖
 

 
撞月模擬圖

　　據國外媒體報道，美國東部時間10月9日上午7時31分(北京時間9日晚上7時31分)，美國月球隕坑觀測與傳感衛星(以下簡稱LCROSS)將連續兩次撞擊月球，以尋找隱藏在月球最陰暗角落深處的水冰。撞擊激起大量塵埃，其距離月表的高度足以達到在地球上進行觀察的程度。

　　10億年不見陽光

　　LCROSS撞月是一項大膽的月球任務，準備了整整3年之久，經過4個月的太空飛行，所有這些努力將產生怎樣的結果可在4分鐘內一見分曉。在這段時間內，LCROSS所攜帶的9個科學儀器將對其燃料耗盡的「半人馬座」火箭級撞月後產生的高空塵埃雲進行直接研究。LCROSS項目負責人、來自美國宇航局位於加利福尼亞州莫菲特場艾姆斯研究中心的丹·安德魯斯表示：「LCROSS是一項非常令人興奮的任務，它將在一個真正意義上的高潮事件之後走向終結。」

　　月球是地球的伴星，有關這個不適於居住的星球有水存在的假設已經有10年歷史。通過LCROSS傳感器掃瞄碎片雲中的水存在化學信號，科學家將獲得支持這一假設的決定性證據。上世紀90年代執行的「克萊門汀」號以及「月球探勘者」號月球任務幫助科學家瞭解到月球極地地區氫含量呈上升趨勢。他們認為，氫來自於被捕獲的水冰。濃度較高的氫集中在永久性陰暗區隕坑。隕坑由隕石撞擊月球形成，所在的陰暗撞擊區處於令人無法想像的低溫狀態。LCROSS撞月任務首席研究員、艾姆斯研究中心的托尼·卡拉普瑞特表示：「這些隕坑所在地區溫度極低。」

　　科學家認為，永久性陰暗區隕坑底部的溫度最低可達到零下240攝氏度(零下400華氏度)。卡拉普瑞特說，在這種低溫條件下，水趨向於凍結而不是昇華為氣體。「在極地地區，太陽永遠不會在地平線上方大約1.5度以上的區域出現，也就是說，隕坑壁將永久性地遮住隕坑底部，使其永遠處於黑暗之中。」隕坑底部與陽光無緣的時間跨度達到令人難以置信的程度。卡拉普瑞特說：「隕坑底部處於永久性陰暗狀態。這種狀態可能已經持續了10億年、20億年或者更久。」

　　撞擊月球南極隕坑

　　月球勘測軌道器(以下簡稱LRO)獲取的數據證實月球上有氫存在，甚至暗示潛在水冰存在的普遍性要超出此前的預計。9月，科學家宣佈在此前認為並不存在水的月球區域發現水存在證據。宇航局探索理事會首席月球科學家麥克·瓦哥表示：「最近的這些發現為出發尋找月球水的一項實驗奠定了基礎。」

　　如果LCROSS證明月球上確有水存在，那對於處在制定人類重返月球計畫初期階段的工程師來說，這無疑是一種莫大的恩惠。阿拉巴馬州亨茨維爾馬歇爾太空飛行中心月球先鋒機器人計畫負責人托德·梅表示：「毫無疑問，知道哪些區域可能存在水令人充滿癡迷。水的存在意味著你可以在這些區域生存下去，無需將水從地球帶到月球。」水不僅可以幫助宇航員解決口渴問題，同時還可以提供氧、電甚至於用於重返地球的火箭推進劑。

　　據宇航局透露，最新進行的評估預測，LCROSS將於美國東部時間的9日上午7點31分30秒(北京時間的9日晚上7點31分30秒)撞擊月球。借助於未來幾天採取的新導航解決方案，具體撞擊時間將與預測時間相差幾秒鐘。

　　根據科學家制定的計畫，位於月球南極附近寬度達到60英里(約合97公里)的Cabeus隕坑將作為此次的撞擊對象。根據LRO以及日本「月女神」號探測器最近得出的分析結果，科學家於上周宣佈將Cabeus作為目標隕坑。

　　雙重撞擊 志在尋水

　　LCROSS的「牧羊航天器」是一個由諾斯洛普·格拉曼公司利用非定制零部件製造的六面平台。自6月18日發射升空以來，這個平台便拖著「宇宙神」5型火箭的「半人馬座」上級在深空中飛行。安德魯斯表示，在發射後不久推進劑耗盡之後，長41英尺(約合12米)，寬10英尺(約合3米)的「半人馬座」火箭的重量已相當於一輛大型運動型多功能車(SUV)。

　　據宇航局透露，在美國東部時間8日晚上9點50分(北京時間9日上午9點50分)，「牧羊航天器」將與「半人馬座」分離。與「半人馬座」分離後，「牧羊航天器」將點燃發動機遠離這枚火箭。月球引力將把這兩個物體拖向自身。安德魯斯說：「在撞向月球過程中，我們會燃燒一些推進劑並減小不可避免的加速度，以獲得兩次撞擊之間的觀測時間。」

　　「牧羊航天器」與「半人馬座」之間的距離將達到近400英里(約合644公里)，換算成飛行時間大約在4分鐘左右。這段飛行距離為「牧羊航天器」獲得要麼成功，要麼失敗的機會提供了足夠時間，允許其探測Cabeus內部是否有水存在的堅實證據。

　　在以時速5600英里(約合每小時9012公里)的速度撞向月球時，「半人馬座」將激起超過350公噸月球表土並將其中一些表土送入最高距月表6英里(約合10公里)的高度，此時的表土與撞擊區之間的距離將達到30英里(約合48公里)。在這一高度，撞擊激起的碎片將暴露在陽光照射環境下，這在它們漫長的歷史中還是第一次。

　　據科學家預計，「半人馬座」將在月球上產生一個大約寬66英尺(約合20米)，深13英尺(約合4米)的撞擊坑。「半人馬座」幾乎正面撞向月球，撞擊角度較此前進行的撞擊相比更為陡峭。相比之下，「月球探勘者」號、「智能1號」以及「月女神」號都以更低的角度完成可控的撞月任務，因此在獲取有價值科學數據方面存在局限性。

　　在「半人馬座」之後，「牧羊航天器」也將快速墜向月球，完成自殺性撞擊任務，短短4分鐘之內，LCROSS撞月任務將達到頂峰。借助於「牧羊航天器」的觀測和自我犧牲，科學家能夠與月球極地隕坑內部進行親密接觸。

　　9個科學儀器齊上陣

　　包括5架攝像機在內的9個科學儀器將負責收集數據並將其傳回位於艾梅斯研究中心的地面控制中心。Ecliptic Enterprises 公司提供的1台攝像機將拍攝實時錄像並以每秒幾幀的速度將影像傳回控制中心。另外4架近紅外和中紅外攝像機將對碎片雲進行監視，獲取有關這些噴出物熱屬性的詳細數據並尋找水存在跡象。據悉，這些攝影機由古德裡奇傳感器無限公司(Goodrich Sensors Unlimited)、索馬泰克有限公司(Thermoteknix Ltd.)以及FLIR系統公司(FLIR Systems Inc.)旗下Indigo公司製造。

　　3個附在望遠鏡上的分光計是所有9個科學儀器中最重要的成員，用於確定月球塵埃的具體構成。卡拉普瑞特表示，它們的分析結果是此次撞月任務中最具有決定性的。LCROSS攜帶的1台光度計將負責測量「半人馬座」撞擊後產生的閃光亮度，每秒要進行大約1000次計算，所有計算結果彙集到一起便得到閃光亮度的詳細變化曲線。

　　LCROSS任務獲取的所有數據都將實時傳回科學操作中心，原因就在於這個探測器本身也將以撞月方式走向終結。安德魯斯說：「除了將數據傳回地球外，LCROSS上的任何東西都將在撞擊中消失得無影無蹤。」

　　觀測設備合力出擊

　　根據初步估計，「牧羊航天器」將於格林威治標準時間中午11點35分45秒(美國東部時間上午7點35分45秒)撞擊月球。卡拉普瑞特說：「此次撞擊必將非常壯觀。月球每月要遭受3或4次這種規模的撞擊，基本上每週一次。LCROSS撞月的特殊性在於，我們知道何時何地發生，因此能夠將所有眼睛聚焦這一事件。」

　　這些「眼睛」不僅包括LCROSS本身，同時還包括LRO攜帶的科學儀器、哈勃太空望遠鏡、「地球觀測-1號」技術驗證衛星、瑞典的「奧丁」射電天文學衛星以及「地球之眼」商業衛星。「地球之眼」最初用於地球成像，這一次也將加入觀測LCROSS撞月行列。

　　此外，一系列地面望遠鏡也將在此次觀測中扮演至關重要的角色。位於夏威夷的W.M。凱克望遠鏡、雙子星北座望遠鏡以及紅外望遠鏡將負責研究撞擊產生的羽狀碎片雲。位於加州、亞利桑那州以及新墨西哥州的其它望遠鏡也同樣是此次撞月觀測的主要參與者。

　　除了其它國際觀測台之外，官員們還將一家鬆散的業餘天文學家組織以及觀測團體召集在一起，收集額外數據並鼓勵公眾積極參與。撞月計畫制定者在撞擊時間和位置選擇上可謂煞費苦心，其目的就是讓美國大部分地區能夠觀察到這一壯觀景象。其中，密西西比河西岸的觀察者將欣賞到最清晰的撞月瞬間。在天氣允許的情況下，孔徑10至12英吋(約合25至30厘米)的普通望遠鏡也能觀察到岩石流以及可能被撞擊拋向天空的冰。

　　曾因軟體故障陷入險地

　　LCROSS撞月上演之時，地面觀測地點夜空中的月亮正接近滿月，能夠讓潛在的科學觀測回報實現最大化。在敲定將LCROSS裝入「宇宙神」5型火箭額外空間之前，被提議的對象共有19個，LCROSS最終脫穎而出。「宇宙神」5型火箭用於執行規模更大的LRO任務。

　　官員們宣佈，LCROSS將於2006年與LRO一同發射升空，撞月任務將在3年後進行。發射後4天，LRO進入繞月軌道，此時的LCROSS及其「半人馬座」火箭在月球引力影響下進入超高地球軌道，等待更富有戲劇性的「月球約會」。

　　借助於一系列小型推進器點火，LCROSS正對朝月球進發的軌道進行微調。在釋放「半人馬座」之前，LCROSS將按照計畫進行兩次點火。第三次點火被稱之為「制動操縱」，用於拉大這顆衛星與「半人馬座」火箭之間的距離。

　　8月發生的一次軟體故障致使LCROSS燃燒掉近一半的推進劑，一度陷入長達數周的危險期，直至控制人員確信類似問題不會導致撞月任務夭折。LCROSS飛行指揮保羅·湯普金斯在4日刊登的一篇部落格中指出：「LCROSS經歷了這場考驗並且倖存下來。在我們看來，能夠順利完成撞月任務將是一項非常偉大的成就。」(